KR20110061615A - Method of cooling a hydrocarbon stream and an apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
탄화수소 스트림을 냉각시키는 방법 및 장치에 있어서, 냉각할 탄화수소 스트림 (45) 은, 제 1 냉매 스트림의 유량 (FR1) 을 가진 적어도 하나의 냉매 스트림 (145b, 185b) 에 대하여 제 1 열교환기 (50) 에서 열교환되어, 냉각된 탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 을 가진 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 및 적어도 하나의 복귀 냉매 스트림 (105) 을 제공한다. 제 1 냉매 스트림의 유량 (FR1) 및 냉각된 탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 은, 제 1 냉매 스트림의 유량 (FR1) 용 입력된 제 1 설정점 (SP1) 이 얻어질 때까지 조절된다. 상기 제 1 설정점 (SP1) 이 제 1 냉매 스트림의 유량 (FR1) 보다 크면, 냉각된 탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 은 제 1 냉매 스트림의 유량 (FR1) 이 증가되기 전에 증가되고; 상기 제 1 설정점 (SP1) 이 제 1 냉매 스트림의 유량 (FR1) 보다 작으면, 제 1 냉매 스트림의 유량 (FR1) 은 냉각된 탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 이 감소되기 전에 감소되며; 상기 냉각된 탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 이 감소하면, 제 1 냉매 스트림의 유량 (FR1) 도 감소된다.In a method and apparatus for cooling a hydrocarbon stream, the hydrocarbon stream 45 to be cooled has a first heat exchanger (50) for at least one refrigerant stream (145b, 185b) having a flow rate (FR1) of the first refrigerant stream. Heat exchange at to provide a cooled hydrocarbon stream 55 and at least one return refrigerant stream 105 having a flow rate FR2 of the cooled hydrocarbon stream. The flow rate FR1 of the first refrigerant stream and the flow rate FR2 of the cooled hydrocarbon stream are adjusted until the input first set point SP1 for the flow rate FR1 of the first refrigerant stream is obtained. If the first set point SP1 is greater than the flow rate FR1 of the first refrigerant stream, the flow rate FR2 of the cooled hydrocarbon stream is increased before the flow rate FR1 of the first refrigerant stream is increased; If the first set point SP1 is less than the flow rate FR1 of the first refrigerant stream, the flow rate FR1 of the first refrigerant stream is reduced before the flow rate FR2 of the cooled hydrocarbon stream is reduced; If the flow rate FR2 of the cooled hydrocarbon stream is reduced, the flow rate FR1 of the first refrigerant stream is also reduced.
Description
본 발명은 탄화수소 스트림을 냉각시키는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for cooling a hydrocarbon stream.
냉각할 상기 탄화수소 스트림의 중요한 예로는 천연 가스 스트림이다. 이러한 냉각은, 액화된 탄화수소 스트림, 예를 들어 냉각할 탄화수소 스트림이 천연 가스 스트림인 경우에 액화된 천연 가스 (LNG) 스트림을 생성하도록 탄화수소 스트림을 액화시키는 단계를 포함할 수 있다.An important example of the hydrocarbon stream to be cooled is the natural gas stream. Such cooling may include liquefying the hydrocarbon stream to produce a liquefied natural gas (LNG) stream if the liquefied hydrocarbon stream, eg, the hydrocarbon stream to be cooled, is a natural gas stream.
천연 가스는 유용한 연료 공급원일 뿐만 아니라 다양한 탄화수소 화합물의 공급원이기도 하다. 많은 이유로 인해, 천연 가스 스트림의 공급원에서 또는 그 근방에서 액화된 천연 가스 (LNG) 플랜트내의 천연 가스를 액화시키는 것이 종종 바람직하다. 예를 들어, 천연 가스는 가스상보다는 액상으로 보다 용이하게 장거리를 저장 및 운반될 수 있는데, 이는 액상이 적은 체적을 차지하고 또한 고압으로 저장될 필요가 없기 때문이다.Natural gas is not only a useful source of fuel, but also a source of various hydrocarbon compounds. For many reasons, it is often desirable to liquefy natural gas in a liquefied natural gas (LNG) plant at or near the source of the natural gas stream. For example, natural gas can be easily stored and transported over long distances in the liquid phase rather than in the gas phase because the liquid phase occupies a small volume and does not need to be stored at high pressure.
통상적으로, 주로 메탄을 포함하는 천연 가스는, 승압 상태에서 LNG 플랜트에 유입하고, 극저온에서 액화하는데 적합한 정제된 공급물 스트림을 생성하도록 전처리된다. 정제된 가스는, 액화물이 얻어질 때까지 그 온도를 급격하게 하강시키도록 열교환기를 사용하여 다수의 냉각 단계를 통하여 처리된다. 그 후, 액체 천연 가스는, 저장 및 운반에 적합한 최종 대기압으로 추가로 냉각 및 팽창될 수 있다.Typically, natural gas, mainly including methane, is pretreated to enter the LNG plant at elevated pressure and produce a purified feed stream suitable for liquefaction at cryogenic temperatures. The purified gas is processed through a number of cooling stages using a heat exchanger to drastically lower its temperature until a liquefaction is obtained. The liquid natural gas can then be further cooled and expanded to the final atmospheric pressure suitable for storage and transportation.
메탄 이외에, 천연 가스는 통상적으로 일부 중량의 탄화수소 및 불순물, 예를 들어 이산화탄소, 황, 황화 수소 및 다른 황 화합물, 질소, 헬륨, 물, 다른 비탄화수소 산성 가스, 에탄, 프로판, 부탄, C5+ 탄화수소 및 방향족 탄화수소를 포함하고, 이에 한정되지 않는다. 상기 및 어떠한 다른 공통 또는 공지된 중량의 탄화수소 및 불순물은, 메탄을 액화시키는 통상의 공지된 방법, 특히 메탄을 액화시키는 가장 효과적인 방법을 방지하거나 방해한다. 탄화수소를 액화시키는, 특히 천연 가스를 액화시키는 대부분 공지되거나 제안된 방법은, 액화 공정 전에, 가능한 한 적어도 대부분의 중량의 탄화수소 및 불순물의 레벨을 저감시키는 것에 기초로 한다.In addition to methane, natural gas typically contains some weight hydrocarbons and impurities such as carbon dioxide, sulfur, hydrogen sulfide and other sulfur compounds, nitrogen, helium, water, other non-hydrocarbon acid gases, ethane, propane, butane, C 5 + Hydrocarbons and aromatic hydrocarbons include, but are not limited to. These and any other common or known weight hydrocarbons and impurities prevent or hinder the usual known methods of liquefying methane, in particular the most effective way of liquefying methane. Most known or proposed methods of liquefying hydrocarbons, in particular liquefied natural gas, are based on reducing the levels of hydrocarbons and impurities of at least most of the weight as much as possible before the liquefaction process.
메탄 및 통상적으로 에탄보다 더 중량의 탄화수소는, 통상적으로 천연 가스 스트림으로부터 천연 가스 액체 (NGL) 로서 응축되고 회수된다. 메탄은, 통상적으로 고압 세정 칼럼 (scrub column) 에서 NGL 로부터 분리된 후, 이 NGL 은 고가의 탄화수소 생성물을, 생성물 스트림 그 자체 또는 액화 용도의 생성물 스트림, 예를 들어 냉매의 성분으로서 산출하기 위해, 다수의 전용 증류 칼럼에서 분류된다.Hydrocarbons heavier than methane and usually ethane are typically condensed and recovered from the natural gas stream as natural gas liquids (NGL). The methane is usually separated from the NGL in a high pressure scrub column, which is then used to produce the expensive hydrocarbon product as a component of the product stream itself or as a product stream for liquefaction, for example a refrigerant, In a number of dedicated distillation columns.
반면, 상기 세정 칼럼으로부터의 메탄은 그 후에 LNG 를 제공하도록 액화된다.On the other hand, the methane from the scrubbing column is then liquefied to provide LNG.
미국특허출원 제 2003/0046953 에는, 냉동 사이클을 구동시키기 위해 이용가능한 전력을 연속적으로 최대로 이용하도록 LNG 의 제조를 제어하는 방법이 기재되어 있고, 이는 조작자가 냉매 중 하나의 유량의 설정점 및 경량의 혼합 냉매에 대한 중량의 혼합 냉매의 유량의 비를 조절할 수 있다.U.S. Patent Application 2003/0046953 describes a method for controlling the production of LNG to continuously use the maximum power available to drive a refrigeration cycle, which allows the operator to set the light weight and the set point of the flow rate of one of the refrigerants. The ratio of the flow rate of the mixed refrigerant of the weight to the mixed refrigerant of can be adjusted.
전술한 방법은, 최소 온도 한계 이하로의 열교환기의 과냉을 방지할 수 없거나 또는 온도가 너무 급격하게 하강할 때 유발되는 열교환기의 과도한 기계적 응력 (열충격) 을 방지할 수 없다. 이러한 현상이 발생하면, 열교환기에서의 누출이 진행될 수 있다.The aforementioned method cannot prevent overcooling of the heat exchanger below the minimum temperature limit or prevent excessive mechanical stress (thermal shock) of the heat exchanger caused when the temperature drops too rapidly. If this happens, leakage from the heat exchanger may proceed.
본 발명에서는 탄화수소 스트림의 냉각과 관련된 상기 문제점 및 다른 문제점에 대처하고자 한다.The present invention seeks to address the above and other problems associated with cooling hydrocarbon streams.
제 1 양태에 있어서, 본 발명은, 열교환기에서 탄화수소 스트림을 냉각시키는 방법을 제공하고, 상기 방법은 적어도,In a first aspect, the present invention provides a method of cooling a hydrocarbon stream in a heat exchanger, wherein the method comprises at least:
(a) 탄화수소 스트림을 제공하는 단계,(a) providing a hydrocarbon stream,
(b) 제 1 열교환기에서, 냉매 스트림의 유량을 가진 적어도 하나의 냉매 스트림에 대하여 상기 탄화수소 스트림과 열교환하여, 탄화수소 스트림의 유량을 가진 냉각된 탄화수소 스트림 및 적어도 하나의 복귀 냉매 스트림을 제공하는 단계,(b) in a first heat exchanger, heat exchange with said hydrocarbon stream for at least one refrigerant stream having a flow rate of a refrigerant stream to provide a cooled hydrocarbon stream and at least one return refrigerant stream having a flow rate of a hydrocarbon stream; ,
(c) 상기 냉매 스트림의 유량에 대한 제 1 설정점을 입력하는 단계, 및(c) entering a first set point for the flow rate of said refrigerant stream, and
(d) 상기 설정점이 얻어질 때까지 냉매 스트림의 유량 및 탄화수소 스트림의 유량을 조절하는 단계를 포함하고,(d) adjusting the flow rate of the refrigerant stream and the flow rate of the hydrocarbon stream until the set point is obtained,
(1) 상기 제 1 설정점이 냉매 스트림의 유량보다 크면, 냉매 스트림의 유량이 증가하기 전에, 탄화수소 스트림의 유량이 증가되고,(1) if the first set point is greater than the flow rate of the refrigerant stream, the flow rate of the hydrocarbon stream is increased before the flow rate of the refrigerant stream is increased,
(2) 상기 제 1 설정점이 냉매 스트림의 유량보다 작으면, 탄화수소 스트림의 유량이 감소되기 전에, 냉매 스트림의 유량이 감소되며,(2) if the first set point is less than the flow rate of the refrigerant stream, before the flow rate of the hydrocarbon stream is reduced, the flow rate of the refrigerant stream is reduced,
(3) 상기 탄화수소 스트림의 유량이 감소하면, 냉매 스트림의 유량이 감소된다.(3) When the flow rate of the hydrocarbon stream is reduced, the flow rate of the refrigerant stream is reduced.
제 2 양태에 있어서, 본 발명은, 열교환기를 작동시키는 장치를 제공하고, 상기 장치는 적어도,In a second aspect, the present invention provides an apparatus for operating a heat exchanger, the apparatus comprising at least:
- 탄화수소 스트림용 제 1 입구 및 냉각된 탄화수소 스트림용 제 1 출구, 적어도 하나의 냉매 스트림용 적어도 제 2 입구 및 복귀 냉매 스트림용 제 2 출구를 구비하는 제 1 열교환기,A first heat exchanger having a first inlet for a hydrocarbon stream and a first outlet for a cooled hydrocarbon stream, at least a second inlet for at least one refrigerant stream and a second outlet for a return refrigerant stream,
- 하이 선택기에 전송되는 냉매 유동 신호를 제공하도록 적어도 하나의 냉매 스트림의 냉매 스트림의 유량에 비례하는 신호를 측정하며 또한 상기 냉매 스트림의 유량을 제어하도록 냉매 밸브를 작동시키는 냉매 스트림 유동 제어기,A refrigerant stream flow controller measuring a signal proportional to the flow rate of the refrigerant stream of the at least one refrigerant stream and providing a refrigerant flow signal sent to the high selector and operating the refrigerant valve to control the flow rate of the refrigerant stream,
- 로우 선택기에 전송되는 냉각된 탄화수소 유동 신호를 제공하도록 냉각된 탄화수소 스트림의 냉각된 탄화수소 스트림의 유량에 비례하는 신호를 측정하며 또한 상기 냉각된 탄화수소 스트림의 유량을 제어하도록 냉각된 탄화수소 스트림 밸브를 작동시키는 냉각된 탄화수소 스트림 유동 제어기,Measure a signal proportional to the flow rate of the cooled hydrocarbon stream of the cooled hydrocarbon stream to provide a cooled hydrocarbon flow signal sent to the row selector and also operate the cooled hydrocarbon stream valve to control the flow rate of the cooled hydrocarbon stream. Cooled hydrocarbon stream flow controller,
- 로우 선택기와 하이 선택기에 전송되는 설정점 신호를 제공하도록 설정점을 입력하는 유동 설정기,A flow setter that inputs a set point to provide a set point signal sent to the low selector and high selector,
- 상기 설정점 신호 및 냉각된 탄화수소 스트림 유동 신호 중 가장 작은 신호를 냉매 유동 제어기에 전송하는 로우 선택기, 및A row selector for transmitting the smallest of said set point signal and the cooled hydrocarbon stream flow signal to a refrigerant flow controller, and
- 상기 설정점 신호 및 냉매 스트림 유동 신호 중 가장 큰 신호를 냉각된 탄화수소 스트림 유동 제어기에 전송하는 하이 선택기를 포함한다.A high selector for transmitting the largest of the set point signal and the refrigerant stream flow signal to the cooled hydrocarbon stream flow controller.
본 발명의 실시형태 및 예는 이하 첨부된 비한정적인 도면을 참조하여 예시적으로만 설명된다.Embodiments and examples of the present invention are described by way of example only with reference to the attached non-limiting drawings.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태를 실행하기 위한 수단이 제공된 탄화수소 스트림을 냉각시키는 장치에 대한 개략적인 흐름도,
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 탄화수소 스트림을 냉각시키는 방법에 대한 제어도, 및
도 3 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 탄화수소 스트림을 냉각시키는 방법에 대한 제어도.1 is a schematic flow diagram of an apparatus for cooling a hydrocarbon stream provided with means for implementing one embodiment of the present invention;
2 is a control diagram for a method of cooling a hydrocarbon stream according to one embodiment of the invention, and
3 is a control diagram for a method of cooling a hydrocarbon stream according to another embodiment of the present invention.
본원에 기재된 바와 같이, 열교환기의 과냉은, 상기 설정점이 얻어질 때까지, 이하의 방법으로 냉매 스트림의 유량 및 탄화수소 스트림의 유량을 조절함으로써 방지될 수 있다:As described herein, subcooling of the heat exchanger can be prevented by adjusting the flow rate of the refrigerant stream and the flow rate of the hydrocarbon stream in the following manner until the set point is obtained:
(1) 제 1 설정점이 냉매 스트림의 유량보다 크면, 냉매 스트림의 유량이 증가되기 전에, 탄화수소 스트림의 유량이 증가된다:(1) If the first set point is greater than the flow rate of the refrigerant stream, the flow rate of the hydrocarbon stream is increased before the flow rate of the refrigerant stream is increased:
(2) 제 1 설정점이 냉매 스트림의 유량보다 작으면, 탄화수소 스트림이 감소하기 전에, 냉매 스트림의 유량이 감소된다:(2) If the first set point is less than the flow rate of the refrigerant stream, the flow rate of the refrigerant stream is reduced before the hydrocarbon stream is reduced:
(3) 탄화수소 스트림의 유량이 감소되면, 냉매 스트림의 유량이 감소된다.(3) When the flow rate of the hydrocarbon stream is reduced, the flow rate of the refrigerant stream is reduced.
이러한 방식으로, 냉매 스트림의 냉매로부터의 냉각을 얻도록 탄화수소 스트림에는 충분한 탄화수소가 항상 있음을 보장한다.In this way, it is ensured that there is always enough hydrocarbon in the hydrocarbon stream to obtain cooling from the refrigerant in the refrigerant stream.
상기 단계들은, 예를 들어 완전 자동식 제어 시스템에서, 자동으로, 즉 제 1 설정점이 형성된 후에 최소한의 사람 개입하여 또는 개입없이 실시된다.The steps are performed automatically, ie with or without minimal human intervention after the first set point has been established, for example in a fully automatic control system.
도 1 에서는 탄화수소 스트림 (45) 을 냉각, 바람직하게는 액화시키는 장치를 제공한다. 이 탄화수소 스트림은, 냉각될 어떠한 적합한 가스 스트림일 수 있지만, 통상적으로 천연 가스 또는 석유 저장소로부터 얻어지는 천연 가스 스트림이다. 대안으로서, 천연 가스 스트림은 피셔-트롭시 공정 (Fischer-Tropsch process) 등의 합성 공급원을 포함하는 다른 공급원으로부터 얻어질 수 있다.1 provides an apparatus for cooling, preferably liquefying, a
통상적으로, 천연 가스 스트림은 실질적으로 메탄으로 구성된다. 바람직하게는, 공급물 스트림은 적어도 60 몰% 의 메탄, 보다 바람직하게는 적어도 80 몰% 의 메탄을 포함한다.Typically, the natural gas stream consists essentially of methane. Preferably, the feed stream comprises at least 60 mol% methane, more preferably at least 80 mol% methane.
공급원에 따라서, 천연 가스는 에탄, 프로판, 부탄 및 펜탄 뿐만 아니라 일부 방향족 탄화수소 등의 메탄보다 더 무거운 다양한 양의 탄화수소를 포함할 수 있다. 천연 가스는 또한 H2O, N2, CO2, H2S 및 다른 황 화합물 등의 비탄화수소를 포함할 수 있다.Depending on the source, natural gas may include various amounts of hydrocarbons heavier than methane, such as ethane, propane, butane and pentane as well as some aromatic hydrocarbons. Natural gas may also include non-hydrocarbons such as H 2 O, N 2 , CO 2 , H 2 S and other sulfur compounds.
필요하다면, 천연 가스를 포함하는 탄화수소 스트림은 사용전에 전처리될 수 있다. 이러한 전처리는 CO2 및 H2S 등의 소망하는 성분을 제거하는 단계 또는 미리 냉각하는 단계, 미리 가압하는 단계 등을 포함할 수 있다. 이러한 단계들은 당업자에 잘 알려져 있기 때문에, 본원에서는 이에 대한 설명을 하지 않는다.If necessary, the hydrocarbon stream comprising natural gas may be pretreated before use. Such pretreatment may include removing desired components such as CO 2 and H 2 S or pre-cooling, pre-pressurizing and the like. Since these steps are well known to those skilled in the art, they are not described herein.
메탄 이외에, 천연 가스는 다양한 양의 에탄, 프로판 및 중량의 탄화수소를 포함한다. 이러한 조성은 가스의 유형 및 위치에 따라서 변한다. 메탄보다 무거운 탄화수소는, 일반적으로 여러 가지 이유로 인해 천연 가스로부터 다양한 범위로 제거되는데, 예를 들어 메탄의 액화 온도 이상의 빙점을 가진 C5+ 탄화수소의 경우에 는 메탄의 액화 플랜트의 일부를 차단할 수 있기 때문이다. C2-4 탄화수소는 액화된 석유 가스 (LPG) 의 공급원으로서 사용될 수 있다.In addition to methane, natural gas includes varying amounts of ethane, propane and weight hydrocarbons. This composition varies depending on the type and location of the gas. Hydrocarbons that are heavier than methane are generally removed from natural gas for a variety of reasons, for example for C 5 + hydrocarbons with freezing temperatures above the methane liquefaction temperature, which can block part of the methane liquefaction plant. Because. C 2-4 hydrocarbons can be used as a source of liquefied petroleum gas (LPG).
그리하여, 탄화수소 스트림 (45) 은, 황, 황 화합물, 이산화탄소, 물 및 C2+ 탄화수소를 포함하지만 이에 한정되지 않는 1 종 이상의 화합물 또는 물질을 저감 및/또는 제거하기 위해 부분적으로, 실질적으로 또는 전체적으로 처리되는 조성물을 말한다.Thus, the
탄화수소 스트림 (45) 이 천연 가스를 포함하면, 어떠한 중량의 탄화수소와, 산성 가스를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 이산화탄소, 질소, 헬륨, 물, 황 및 황 화합물 등의 불순물을 분리하도록 전처리될 수 있다.If the
탄화수소 스트림 (45) 은 이러한 탄화수소 스트림의 온도를 저감시키도록 예비 냉각 단계에서 미리 냉각될 수 있다. 예비 냉각 단계에서 냉각하는 것은 당업자에게 알려져 있다. 미리 냉각하는 것은 액화 공정 또는 별도의 공정의 일부일 수 있다. 탄화수소 스트림 (45) 을 제공하기 위해 탄화수소 공급물 스트림을 냉각하는 것은, 냉각된 초기 탄화수소 스트림을 제공하도록, 공급물 스트림의 온도를 0℃ 이하, 예를 들어 -10℃ ~ -70℃ 범위로 저감시키는 것을 포함할 수 있다.The
냉각된 탄화수소 공급물 스트림은, 종래에 알려진 바대로 통상적으로 대기압 이상에서 작동하는 응축물 안정화 칼럼 등의 분리기로 갈 수 있다. 이러한 응축물 안정화 칼럼은, 바람직하게는 0℃ 이하의 온도를 가진 오버헤드 혼합 탄화수소 스트림과, 중량의 응축물 스트림을 제공한다. 상기 오버헤드 혼합 탄화수소 스트림은 냉각된 탄화수소 공급물 스트림에 비교하여 메탄이 풍부한 스트림이다. The cooled hydrocarbon feed stream may go to a separator, such as a condensate stabilization column, typically operating above atmospheric pressure, as is known in the art. This condensate stabilization column provides an overhead mixed hydrocarbon stream having a temperature of preferably 0 ° C. or less and a heavy condensate stream. The overhead mixed hydrocarbon stream is a methane rich stream as compared to the cooled hydrocarbon feed stream.
본원에 사용되는 "혼합 탄화수소 스트림" 이라는 용어는, 메탄 (C1) 과, 에탄 (C2), 프로판 (C3), 부탄 (C4), 및 C5+ 탄화수소를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 5 몰% 의 1 종 이상의 탄화수소를 포함하는 스트림을 말한다. 통상적으로, 혼합 탄화수소 스트림 (8) 에서의 메탄의 비는 30 ~ 50 몰% 이고, 상당한 분율의 에탄 및 프로판은 예를 들어 각각 5 ~ 10 몰% 이다.The term "mixed hydrocarbon stream" as used herein is selected from the group comprising methane (C 1 ) and ethane (C 2 ), propane (C 3 ), butane (C 4 ), and C 5 + hydrocarbons. A stream comprising at least 5 mol% of at least one hydrocarbon. Typically, the ratio of methane in the mixed hydrocarbon stream (8) is 30 to 50 mol% and significant fractions of ethane and propane are each for example 5 to 10 mol%.
NGL 회수시, LNG 플랜트의 액화물 등의 추가로 냉각시킬 혼합 탄화수소 스트림의 메탄을 회수하고 또한 적어도 C2+ 스트림, 선택적으로 1 개 이상의 C2 스트림, C3 스트림, C4 스트림 및 C5+ 스트림을 제공하는 것이 바람직하다.Upon NGL recovery, the methane of the mixed hydrocarbon stream to be further cooled, such as liquefaction of the LNG plant, is recovered and at least C 2 + streams, optionally one or more C 2 streams, C 3 streams, C 4 streams and C 5 + It is desirable to provide a stream.
혼합 탄화수소 스트림의 적어도 일부, 통상적으로 전부는 NGL 회수 시스템안으로 가게 된다. NGL 회수 시스템은, 통상적으로, 일반적으로 저압, 예를 들어 20 ~ 35 bar 의 범위에서, 혼합 탄화수소 스트림을 적어도 C1 스트림과 1 개 이상의 C2+ 스트림으로 분리하도록 증류 칼럼 등의 1 개 이상의 가스/액체 분리기를 포함한다. 적합한 제 1 가스/액체 분리기의 예로서는, 메탄이 풍부한 오버헤드 스트림과, C2+ 탄화수소가 풍부한 바닥 또는 그 근방의 1 개 이상의 액체 스트림을 제공하도록 구성되는 "탈메탄화장치 (demethanizer)" 이다.At least some, typically all, of the mixed hydrocarbon streams are passed into an NGL recovery system. The NGL recovery system is typically at least one gas, such as a distillation column, to separate the mixed hydrocarbon stream into at least a C 1 stream and at least one C 2 + stream, typically at low pressure, for example in the range from 20 to 35 bar. / Liquid separator. Examples of suitable first gas / liquid separator, a "de-methanation unit (demethanizer)" consisting of the overhead stream and a methane-rich, so that C 2 + hydrocarbons to provide a rich bottom or in the vicinity of one or more liquid streams.
통상적으로 40 ~ 70 bar 의 고압 초기 탄화수소 스트림으로부터 혼합 탄화수소 스트림 (8) 이 제공되므로, 제 1 가스/액체 분리기 이전에, 예를 들어 온도를 저감시키도록 팽창시킬 필요가 있을 수 있다.Since a mixed hydrocarbon stream 8 is usually provided from a high pressure initial hydrocarbon stream of 40 to 70 bar, it may be necessary to expand, for example, to reduce the temperature before the first gas / liquid separator.
제 1 가스/액체 분리기는, (본원에서 그 후에 사용되는 탄화수소 스트림 (45) 으로서) C1 오버헤드 스트림 및 C2+ 바닥 스트림을 제공하도록, 액상 및 기상을 분리하는데 적합하다. C1 오버헤드 스트림 (탄화수소 스트림 (45)) 은, 여전히 소량의 (< 10몰%) C2+ 탄화수소를 포함하지만, 바람직하게는 80 몰% 초과의, 보다 더 바람직하게는 95 몰% 초과의 메탄을 포함할 수 있다. C2+ 바닥 스트림 (50) 은, 90 몰% 초과 또는 95 몰% 초과의 에탄 및 중량의 탄화수소일 수 있고, 또한 그 후에 분류되거나 또는 NGL 스트림에 대한 종래에 알려진 바와 다르게 사용될 수 있다.A first gas / liquid separator is suitable to separate (the hydrocarbon as a
천연 가스 등의 탄화수소 스트림을 냉각, 바람직하게는 액화시키는 방법은 도 1 에 도시되어 있다. 탄화수소 스트림 (45) 은, 액화된 천연 가스일 수 있는 냉각된, 바람직하게는 액화된 탄화수소 스트림 (55) 을 제공하도록, 제 1 열교환기 (50) 를 구비한 메인 냉각 단계 (1) 를 통과하게 된다.A method of cooling, preferably liquefying, a hydrocarbon stream such as natural gas is shown in FIG. 1. The
메인 냉각 단계 (1) 는 적어도 하나의, 바람직하게는 극저온의 제 1 열교환기 (50) 를 포함한다. 제 1 열교환기 (50) 는 플레이트와 핀 또는 쉘 및 튜브 열교환기, 보다 바람직하게는 케틀형 열교환기일 수 있다. 제 1 열교환기 (50) 는 쉘측 (51) 을 가진다. 이 쉘측에는 3 개의 튜브 다발 (53, 57, 59) 이 배열될 수 있다. 메인 냉각 단계 (1) 는, 냉매 압축기 (110), 적합한 냉매 구동기 (120), 냉매 냉각기 (130) 및 분리기 (140) 를 구비한 냉매 회로 (100) 를 더 포함한다.The
메인 냉각 단계 (1) 에는 탄화수소 스트림 (45) 및 냉매 스트림을 위한 다양한 장치가 있을 수 있다. 이러한 장치는 종래에 알려져 있다. 이러한 장치는, 선택적으로 상이한 압력 레벨에 있고 또한 선택적으로 도시된 극저온 열교환기 등의 하나의 용기내에 있는 1 개 이상의 열교환기 (50) 를 포함할 수 있다.In the main cooling stage (1) there can be various devices for the
도 1 에 도시한 실시형태에서, 탄화수소 스트림 (45) 은 제 1 튜브 다발 (52) 의 제 1 열교환기 (50) 를 통과한다. 제 1 열교환기 (50) 는, LNG 스트림 등의 냉각된, 바람직하게는 액화된 탄화수소 스트림 (55) 을 제공하도록 탄화수소 스트림 (45) 의 온도를 저감시키고, -90℃ 근방 또는 이하, 바람직하게는 -120℃ 이하의 온도에 있을 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 1, the
액화된 탄화수소 스트림 (55) 은, 이러한 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 유량을 제어하도록, 선택적으로 팽창 터빈 (비도시) 다음에, 유동 제어 밸브인 냉각된 탄화수소 스트림 밸브 (60) 등의 팽창 장치로 갈 수 있다. 냉각된 탄화수소 스트림 밸브 (60) 는, 예를 들어 대기압 근방에서 LNG 스트림을 저장하도록, 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 압력을 저감시킬 수 있다.The liquefied
제 1 열교환기 (50) 에서 탄화수소 스트림 (45) 으로부터 열을 제거하기 위해 적어도 하나의 냉매 스트림 (145b, 185b) 이 사용된다. 냉매, 바람직하게는 혼합 냉매가 냉매 회로 (100) 에서 순환된다. 도 1 에서는 폐쇄식 냉매 회로를 도시한다.At least one
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 냉매 회로 (100) 용 혼합 냉매는 이하를 포함한다:In one embodiment of the present invention, the mixed refrigerant for the
에탄 및 에틸렌 또는 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 30 몰% 초과의 화합물; 및More than 30 mole percent of a compound selected from the group consisting of ethane and ethylene or mixtures thereof; And
프로판 및 프로필렌 또는 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 30 몰% 초과의 화합물.More than 30 mole percent compound selected from the group consisting of propane and propylene or mixtures thereof.
일반적으로, 제 2 냉매는 질소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 펜탄 등의 2 종 이상을 포함하는 성분의 어떠한 적합한 혼합물일 수 있다.In general, the second refrigerant may be any suitable mixture of components including two or more of nitrogen, methane, ethane, ethylene, propane, propylene, butane, pentane and the like.
가스성 냉매는, 복귀 냉매 스트림 (105) 으로서 제 1 열교환기 (50) 의 쉘측 (51) 으로부터 인출된다. 이 냉매는 압축된 냉매 스트림 (115) 을 제공하도록 냉매 압축기 (110) 에 의해 압축된다. 냉매 압축기 (110) 는 적합한 구동기, 냉매 압축기 구동기 (120) 에 의해 구동된다.The gaseous refrigerant is withdrawn from the
압축된 냉매 스트림 (115) 은 공냉기 등의 냉각기로 가게 되고, 여기에서 제 1 열교환기 (50) 에서 흡수된 열과 함께 압축 열이 제거되고, 그리하여 혼합 냉매는 냉각된 압축 냉매 스트림 (135) 을 제공하도록 부분적으로 응축될 수 있다. 압축된 냉매 스트림 (115) 의 냉각 및 부분적인 응축은 1 개 이상의 열교환기에서 실시될 수도 있다.The compressed
냉각된 압축 냉매 스트림 (135) 은 분리기 (140) 로 가게 되고, 이 분리기는 냉각된 압축 냉매 스트림 (135) 을 1 개 이상의 분획물로 분리한다. 도 1 에서는, 유입 냉매 스트림 (143) 과 제 2 유입 냉매 스트림 (147) 의 2 개의 분획물로 분리된 냉각 압축된 냉매 스트림 (135) 을 도시한다. 바람직하게는, 분리기 (140) 는 냉각 압축된 냉매 스트림 (135) 을 바닥의 중량의 혼합 냉매 (HMR) (143) 및 오버헤드 경량의 혼합 냉매 (LMR) (147) 로 분리한다. 이러한 분리기 (140) 가 가스/액체 분리기이면, HMR 분획물은 액체 생성물일 수 있고, LMR 분획물은 기체 생성물일 수 있다.The cooled compressed
제 1 또는 중량의 혼합 냉매일 수 있는 유입 냉매 스트림 (143) 은, 제 2 튜브 다발 (57) 에서 제 1 열교환기 (50) 를 통과하고, 여기에서 차냉각 (sub-cooled) 될 수 있다. 제 2 또는 경량의 혼합 냉매일 수 있는 유입 제 2 냉매 스트림 (147) 은, 제 3 튜브 다발 (59) 에서 제 1 열교환기 (50) 를 통과하고, 여기에서 액화되고 차냉각될 수 있다.Inlet
제 1 또는 중량의 혼합 냉매는 냉각된 냉매 스트림 (145) 으로서 제 2 튜브 다발 (57) 을 나온다. 냉각된 냉매 스트림 (145) 은, 팽창된 냉매 스트림 (145a) 을 제공하도록 냉매 팽창기 (150) 에서 팽창된다. 냉매 팽창기 (150) 는 적합한 냉매 팽창기 구동기 (160) 에 의해 구동될 수 있다. 팽창된 냉매 스트림 (145a) 은 냉매 밸브 (170) 를 통과할 수 있고, 이 냉매 밸브는, 제어된 스트림인 냉매 스트림 (145b) 을 제공하도록, 팽창된 냉매 스트림 (145a) 의 유량을 제어할 수 있다. 냉매 스트림 (145b) 은 제 1 튜브 다발 (53) 에서 탄화수소 스트림 (45) 을 냉각시키도록 제 2 입구 (176) 를 통하여 제 1 열교환기 (50) 의 쉘측 (51) 으로 가게 된다.The first or weighted mixed refrigerant exits the
유사하게, 제 2 또는 경량의 혼합 냉매는 냉각된 제 2 냉매 스트림 (185) 으로서 제 3 튜브 다발 (59) 을 나간다. 냉각된 제 2 냉매 스트림 (185) 은 팽창된 제 2 냉매 스트림 (185a) 을 제공하도록 제 2 냉매 팽창기 (190) 에서 팽창된다. 제 2 냉매 팽창기 (190) 는 적합한 제 2 냉매 팽창기 구동기 (200) 에 의해 구동될 수 있다. 팽창된 제 2 냉매 스트림 (185a) 은, 제어된 스트림인 제 2 냉매 스트림 (185a) 을 제공하도록, 팽창 냉각된 제 2 냉매 스트림 (185a) 의 유량을 제어할 수 있는 제 2 냉매 밸브 (210) 를 통과할 수 있다. 제 2 냉매 스트림 (185b) 은, 제 1 튜브 다발 (53) 에서 탄화수소 스트림 (45) 을 냉각시키도록, 제 3 입구 (216) 를 통하여 제 1 열교환기 (50) 의 쉘측 (51) 으로 가게 된다.Similarly, the second or light mixed refrigerant exits the
탄화수소 스트림 (45) 을 제어하는 방법은 이하의 방식으로 제어된다:The method of controlling the
냉매 스트림 (145b) 의 유량에 대응하는 냉매 스트림의 유량 (FR1) 은 냉매 유동 제어기 (FC1) (310) 에 의해 측정된다. 도 1 에서는 냉각된 냉매 스트림 (145) 의 유량 (FR1) 을 측정하도록 배치된 냉매 유동 제어기 (340) 를 나타낸다. 하지만, 냉매 유동 제어기 (340) 는, 이 유동 제어기 (340) 가 탄화수소 스트림 (45) 을 냉각시키도록 제 1 열교환기 (50) 의 쉘측 (51) 안으로 가는 냉매의 유량 (FR1), 예를 들어 탄화수소 스트림 (45) 을 냉각시키도록 제 2 입구 (176) 를 통하여 제 1 열교환기 (50) 의 쉘측 (51) 으로 가는 냉매 스트림 (145b) 의 유량 (FR1) 에 비례하는 신호를 제공하는 한, 어떠한 스트림 (143, 145, 145a, 145b) 의 유량을 측정하는데 적합하게 된다.The flow rate FR1 of the refrigerant stream corresponding to the flow rate of the
냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 유량에 대응하는 탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 은 탄화수소 유동 제어기 (FC2) (350) 에 의해 측정된다. 도 1 에서는 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 유량 (FR2) 을 측정하도록 배치된 냉각된 탄화수소 유동 제어기 (350) 를 나타낸다. 하지만, 탄화수소 유동 제어기 (340) 는, 탄화수소 스트림 (45) 의 유량 (FR2), 또는 이 유동 제어기 (350) 가 제 1 열교환기 (50) 를 통과하는 탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 에 비례하는 신호를 제공하는 한, 어떠한 다른 탄화수소 스트림의 유량을 측정하는데 적합하게 된다.The flow rate FR2 of the hydrocarbon stream corresponding to the flow rate of the cooled
스트림 유동의 측정은 종래에 알려진 어떠한 적합한 장치, 유닛 또는 장치에 의해 실시될 수 있다. 비한정적인 예로서는, 오리피스 플레이트, 벤츄리 튜브, 유동 노즐, 가변 면적 계량기, 파이럿 튜브, 열량계측 계량기, 터빈 계량기, 코리올리 계량기, 초음파 도플러 계량기 및 와류 계량기를 포함한다.The measurement of the stream flow can be carried out by any suitable device, unit or device known in the art. Non-limiting examples include orifice plates, venturi tubes, flow nozzles, variable area meters, pilot tubes, calorimetry meters, turbine meters, Coriolis meters, ultrasonic Doppler meters, and vortex meters.
유동 제어기는 또한 스트림의 유동을 제어하는 수단, 바람직하게는 밸브, 예를 들어 공압, 유압 또는 전기 작동식 밸브의 작동을 제어한다.The flow controller also controls the operation of the means for controlling the flow of the stream, preferably a valve, for example a pneumatic, hydraulic or electrically operated valve.
냉매 스트림의 유량 (FR1) 에 대한 제 1 설정점 (SP1) 이 설정되어 유동 설정기 (HC) (300) 에 입력된다. 제 1 설정점 (SP1) 은, 냉매 스트림의 유량 (FR1) 의 관점에서 제공되더라도, 제 1 열교환기 (50) 로부터의 냉각된 탄화수소 스트림 (55), 바람직하게는 LNG 스트림의 소망하는 출력에 대응한다.A first set point SP1 for the flow rate FR1 of the refrigerant stream is set and input to the
제 1 열교환기 (50) 의 과냉각 (overcooling) 은, 냉매로부터 냉각될 탄화수소에 필요한 것 보다 많은 냉각 듀티 (cooling duty) 가 공급될 때, 발생할 수 있다. 제 1 열교환기 (50) 의 과냉을 방지하기 위해서, 냉매 스트림의 유량 (FR1) 및 탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 은 이하의 교차-제한 (cross-limiting) 제어 방법에 따라서 조절된다.Overcooling of the
냉매 스트림의 유량에 대한 제 1 설정점 (SP1) 이 측정된 냉매 스트림의 유량 (FR1) 보다 큰 경우, 즉 제 1 열교환기 (50) 의 냉각된 탄화수소 출력이 증가될 때, 그 후 탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 은 냉매 스트림의 유량 (FR1) 이 증가되기 전에 증가된다.If the first set point SP1 for the flow rate of the refrigerant stream is greater than the measured flow rate FR1 of the refrigerant stream, ie when the cooled hydrocarbon output of the
탄화수소 스트림 (FR2) 의 유량이 증가된 후 냉매 스트림의 유량 (FR1) 이 증가되는 한, 제 1 열교환기 (50) 의 과냉이 방지될 수 있다. 하지만, 탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 증가 및 냉매 스트림의 유량 (FR1) 증가 사이의 어떠한 기간은, 탄화수소 스트림의 차냉각 (undercooling) 을 방지하도록 시스템 반응 시간의 관점에서 가능한 한 짧아야 한다.As long as the flow rate FR1 of the refrigerant stream is increased after the flow rate of the hydrocarbon stream FR2 is increased, subcooling of the
탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 에 대한 제 1 설정점 (SP1) 이 측정된 냉매 스트림의 유량 (FR1) 보다 작은 경우, 즉 제 1 열교환기 (50) 의 냉각된 탄화수소 출력이 감소될 때, 그 후 냉매의 유량 (FR1) 은 탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 이 감소되기 전에 감소된다.If the first set point SP1 for the flow rate FR2 of the hydrocarbon stream is smaller than the flow rate FR1 of the measured refrigerant stream, that is, when the cooled hydrocarbon output of the
냉매 스트림의 유량 (FR1) 이 감소된 후 탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 이 감소되는 한, 제 1 열교환기 (50) 의 과냉이 방지될 수 있다. 하지만, 냉매 스트림의 유량 (FR1) 감소 및 탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 감소 사이의 어떠한 기간은, 탄화수소 스트림의 차냉각을 방지하도록 시스템 반응 시간의 관점에서 가능한 한 짧아야 한다.As long as the flow rate FR2 of the hydrocarbon stream is reduced after the flow rate FR1 of the refrigerant stream is reduced, subcooling of the
탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 이 감소하는 경우, 예를 들어 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 사용장치 (user) 가 작업으로부터 인출되거나 또는 탄화수소 스트림 (45) 의 공급장치 (supplier) 가 작업으로부터 인출되는 급시동 (tripping) 경우에, 그 후 냉매 스트림의 유량 (FR1) 은 또한 감소되어야 한다.When the flow rate FR2 of the hydrocarbon stream is reduced, for example, a user of the cooled
바람직하게는, 냉매 스트림의 유량 (FR1) 은, 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 에 대하여 일정한 온도를 유지하도록, 탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 에 비례하여 조절된다.Preferably, the flow rate FR1 of the refrigerant stream is adjusted in proportion to the flow rate FR2 of the hydrocarbon stream so as to maintain a constant temperature with respect to the cooled
냉매 유동 제어기 (340) 는 냉매 스트림 밸브 (170) 를 작동시킴으로써 냉매 스트림의 유량 (FR1) 을 제어할 수 있다. 다른 실시형태 (비도시) 에 있어서, 냉매 스트림의 유량 (FR1) 은, 제어 밸브가 냉매 유동을 제 1 열교환기 (50) 의 쉘측 (51) 안으로 실행시키는 한, 어떠한 스트림 (143, 145) 에 제어 밸브가 존재함으로써 제어될 수 있다.The
유사하게, 냉각된 탄화수소 유동 제어기 (FC2) 는 냉각된 탄화수소 밸브 (60) 를 작동시킴으로써 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 유량 (또한 그로 인한 탄화수소 스트림 (45) 의 유량) 을 제어할 수 있다. 다른 실시형태 (비도시) 에 있어서, 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 유량은 탄화수소 스트림 (45) 에 제어 밸브가 존재함으로써 제어될 수 있다.Similarly, the cooled hydrocarbon flow controller FC2 can control the flow rate of the cooled hydrocarbon stream 55 (and thus the flow rate of the hydrocarbon stream 45) by operating the cooled
어떠한 제 2 냉매 스트림 (FR3) 의 유량도 제어되어야 함을 도 1 의 시스템으로부터 명백할 것이다. 도 1 에서는, 제 2 냉매 스트림 (185b) 의 유량 (FR3) 을 제어하도록, 제 2 냉매 유동 밸브 (210) 를 작동시키는 제 2 냉매 유동 제어기 (FC3) (360) 를 나타낸다. 제 2 냉매 유동 밸브 (210) 는, 제 2 냉매 팽창기 (190) 이후에 도시되었지만, 제 1 열교환기 (50) 의 쉘측 (51) 으로의 제 2 냉매의 유량이 제어될 수 있는 한, 다른 제 2 냉매 스트림 (147 또는 185) 에 배치될 수 있다.It will be apparent from the system of FIG. 1 that the flow rate of any second refrigerant stream FR3 must be controlled. In FIG. 1, a second refrigerant flow controller (FC3) 360 is shown that operates the second
제 2 냉매 스트림 (185b) 의 유량 (FR3) 은, 냉매 스트림 (FR1) 의 유량에 대하여 또한 그에 비례하여 조절된다. 냉매 제어기 (330) 는 제 1 냉매 스트림 유동 제어기 (FC1) 에 제공되는 지령에 따라서 제 2 냉매 유동 밸브 (210) 의 위치를 조절하는데 사용될 수 있다. 제 2 냉매 유동 제어기 (FC3) 는, 시스템이 제 1 열교환기 (50) 에 정확한 냉각 듀티를 제공함을 보장하도록 제 2 냉매 유량 (FR3) 을 측정한다.The flow rate FR3 of the second
본원에 기재된 방법에 사용될 수 있는 교차-제한 제어 시스템은 자동일 수 있다. 도 1 에서는 유동 제어 밸브 (170, 60, 210) 각각의 작동시 유동 제어기 FC1 (340), FC2 (350), 및 FC3 (360) 을 도시한다. 제 1 냉매 스트림의 유량 (FR1) 에 대한 제 1 설정점 (SP1) 은 유동 설정기 (HC) (300) 에 입력된다. 유동 설정기 (300) 는 제 1 설정점 (SP1) 의 입력을 수신하고 또한 이를 로우 선택기 (310) 및 하이 선택기 (320) 로 전송한다.Cross-limiting control systems that can be used in the methods described herein can be automatic. 1 shows
로우 선택기 (310) 는 냉각된 탄화수소 스트림 유동 제어기 (350) 로부터의 신호로서 냉각된 탄화수소 스트림의 유량을 수신한다. 하이 선택기 (320) 는 냉매 스트림 유동 제어기 (FC1) 으로부터의 신호로서 냉매 스트림의 유량을 수신한다.
하이 및 로우 선택기 (310, 320) 의 특성 및 작동은 이하 도 2 를 참조하여 보다 자세히 설명된다. 도 2 에서는 본원에 기재된 바와 같이 탄화수소를 냉각시키는 방법에 대한 대표적인 제어 방법을 도시한다. 도 1 에 도시된 메인 냉각 단계 (1) 는 상기 실시형태에 사용될 수 있다. 도 1 로부터, 단지 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 및 대응하는 제어 밸브 (60), 냉각된 냉매 스트림 (45), 냉매 압축기 (150), 압축된 냉매 스트림 (145a), 제어 밸브 (170) 및 냉매 스트림 (145b) 은 도 2 에서 유사하게 도시되어 있다. 하지만, 도 1 의 추가의 특징도 있을 수 있다.The nature and operation of the high and
냉매 스트림의 유량 (FR1) 에 대한 제 1 설정점 (SP1) 은, 로우 선택기 (310) 및 하이 선택기 (320) 에 전송되는 설정점 신호 (SPS) 를 생성하는 유동 설정기 (HC) (300) 에 입력된다.The first set point SP1 for the flow rate FR1 of the refrigerant stream is a flow setter (HC) 300 which generates a set point signal SPS which is transmitted to the
냉매 유동 제어기 (340) 는 냉매 스트림 (145b) 의 유량 (FR1) 에 비례하는 냉매 유동 신호 (FS1) 를 생성시킨다. 냉매 유동 신호 (FS1) 는 하이 선택기 (320) 에 전송된다. 하이 선택기 (320) 는 또한 유동 설정기 (300) 로부터 제 1 설정점 신호 (SPS) 를 수신한다.The
냉매 유동 제어기 (340) 는 냉매 스트림 (145b) 의 유량을 제어하도록 냉매 스트림 밸브 (170) 를 작동시킨다.
탄화수소 유동 제어기 (350) 는 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 유량 (FR2) 에 비례하는 탄화수소 유동 신호 (FS2) 를 발생시킨다. 탄화수소 유동 신호 (FS2) 는 로우 선택기 (310) 에 전송된다. 로우 선택기 (310) 는 또한 유동 설정기 (300) 로부터 제 1 설정점 신호 (SPS) 를 수신한다.The
냉각된 탄화수소 유동 제어기 (350) 는 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 유량을 제어하도록 냉각된 탄화수소 스트림 밸브 (60) 를 작동시킨다.The cooled
로우 선택기 (310) 는 설정점 신호 (SPS) 및 탄화수소 유동 신호 (FS2) 중 가장 작은 신호를 제 1 냉매 유동 제어기 (340) 로 통과시키도록 프로그래밍된다. 이러한 방식으로, 제 1 설정점 (SPS) 의 증가는, 탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 이 증가된 후에, 냉매 스트림의 유량 (FR1) 만을 증가시킨다.The
하이 선택기 (320) 는 설정점 신호 (SPS) 및 냉매 유동 신호 (FS1) 중 가장 큰 신호를 탄화수소 유동 제어기 (350) 로 통과시키도록 프로그래밍된다. 이러한 방식으로, 제 1 설정점 (SPS) 의 감소는, 냉매 스트림의 유량 (FR1) 이 감소된 후에, 탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 만을 감소시킨다.The
그리하여, 제 1 열교환기 (50) 의 과냉이 방지되도록, 탄화수소 스트림의 유량 (FR2) 과 냉매 스트림의 유량 (FR1) 사이의 교차-제한 제어가 있는 탄화수소 스트림을 냉각시키는 방법이 제공된다.Thus, a method is provided for cooling a hydrocarbon stream with cross-limiting control between the flow rate FR2 of the hydrocarbon stream and the flow rate FR1 of the refrigerant stream so that subcooling of the
도 3 에서는, 본원에 기재된 탄화수소를 냉각시키는 방법에 대한 제어 방법을 나타내고, 여기에서, 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 온도 (TC2) 는 이러한 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 유량 (FR2) 에 비교하여 중량의 혼합 냉매 등의 냉매 스트림 (145b) 의 유량 (FR1) 의 비를 조절함으로써 유지될 수 있다. 도 1 및 도 2 의 실시형태에서, 상기 비를 조절하는 수단이 없고 또한 그럼으로써 일정함이 명백하다.3 shows a control method for the method of cooling the hydrocarbons described herein, wherein the temperature TC2 of the cooled
냉각된 탄화수소 스트림 (55) 에는 온도 제어기 (TC2) (370) 가 제공된다. 온도 제어기 (370) 는 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 온도를 측정하고 또한 이러한 온도에 비례하여 신호 (TS2) 를 전송한다.The cooled
냉각된 탄화수소 스트림 (TC2) 의 온도는, 온도 제어기 (370) 에 온도 설정점 (TSP) 을 제공함으로써 조절될 수 있다. 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 온도 (TC2) 는 냉매 스트림의 유량 (FR1) 에 대하여 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 유량 (FR2) 을 감소시킴으로써 저감될 수 있다. 유사하게, 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 온도 (TC2) 는 일정한 냉매 스트림의 유량 (FR1) 에 대하여 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 유량 (FR2) 을 증가시킴으로써 증가될 수 있다.The temperature of the cooled hydrocarbon stream TC2 can be adjusted by providing a temperature set point TSP to the
온도 제어기 (370) 로부터의 신호 (TS2) 는, 변조되지 않은 신호에 비교하여, 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 유량을 증가 또는 감소시키도록 하이 선택기 (320) 로부터 냉각된 탄화수소 스트림으로의 신호를 변조할 수 있다. 하지만, 냉각된 탄화수소 스트림 유동 제어기 (FC2) 로부터 로우 선택기 (310) 까지의 신호에 실시된 변조는, 로우 선택기 (310) 에 도달하는 냉각된 탄화수소 스트림 유동 신호 (FS2) 가 냉각된 탄화수소 스트림 온도 제어기 (TC2) 에 의해 변조되지 않을 때 발생하는 탄화수소 유동 제어기 (FC2) 로부터의 신호에 대응하도록, 하이 선택기 (320) 로부터의 신호에 실시되는 변조와 반대이다. 이러한 방식으로, 로우 선택기 (310) 의 작동 및 그로 인한 냉매 유동 제어기 (FC1) 는 냉각된 탄화수소 스트림 온도 제어기 (TC2) 에 의해 영향을 받지 않는다.The signal TS2 from the
도 3 에서는, 온도 제어기 (370) 로부터의 신호 (TS2) 가 하이 선택기 (320) 로부터의 신호를 조절할 수 있는 일 방법을 도시한다. 이 시스템은 냉매 스트림 (HMR) 에 대한 냉각된 탄화수소 스트림 (LNG) 의 유량의 소정의 비를 가지고, 이는 특정 온도에서 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 을 제공한다. 이 비는 도 3 에서 (LNG/HMR) 로 나타내어진다. 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 온도를 조절할 수 있도록, 냉매 스트림에 대한 냉각된 탄화수소 스트림 (55) 의 유량비는 소정의 비로부터 변경되어야 한다. 온도 제어기 (370) 로부터의 신호 (TS2) 로부터 유도되는 파라미터 (b) 는 하이 선택기 (320) 로부터의 신호를 스케일링하는데 사용될 수 있다.3 shows one way in which the signal TS2 from the
예를 들어, 탄화수소 유동 제어기 (350) 에 제공된 신호로부터 유도되는 파라미터 (c) 는 하이 선택기 (320) 로부터의 신호로부터 유도되는 파라미터 (a), 냉매 유량 (HMR) 에 대한 냉각된 탄화수소 유량의 비, 즉 (LNG/HMR), 및 온도 제어기 (370) 으로부터의 신호로부터 유도되는 파라미터 (b) 로부터 결정된 스케일링 인자 (b/100) 의 함수에 따라 결정될 수 있다. 상기 파라미터 b 가 100 을 초과하면, 예를 들어 파라미터 b 가 100 초과하고 150 이하의 범위에 있으면, 탄화수소 유동 제어기 (350) 에 제공된 신호의 파라미터 (c) 는 그에 따라 증가할 것이다.For example, the parameter (c) derived from the signal provided to the
유사하게, 로우 선택기 (310) 에 제공된 신호로부터 유도되는 파라미터 (e) 는, 탄화수소 유동 제어기 (350) 로부터의 신호로부터 유도되는 파라미터 (d), 냉각된 탄화수소 유량 (LNG) 에 대한 냉매 유량 (HMR) 의 비, 즉 (HMR/LNG), 및 온도 제어기 (370) 로부터의 신호로부터 유도되는 파라미터 (b) 로부터 결정되는 스케일링 인자 (b/100) 의 역, 즉 (100/b) 의 함수에 따라 결정될 수 있다.Similarly, the parameter (e) derived from the signal provided to the
어떠한 제 2 냉매 스트림의 유량 (FR3) 은, LMR 에 대한 HMR 의 비 등의 제 2 냉매에 대한 냉매의 비를 유지하도록, 냉매 스트림의 유량 (FR1) 에 비례하여 변경될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 도 3 에서는 냉매 팽창기 (150) 를 바이패스하는 냉매 바이패스 스트림 (225) 을 도시한다. 냉매 바이패스 스트림 (225) 은, 제어된 냉매 바이패스 스트림 (225a) 을 제공하도록, 냉매 바이패스 밸브 (230) 에 의해 제어된다. 제어된 냉매 바이패스 스트림 (225a) 은, 조합된 냉매 스트림 (245) 을 제공하도록 냉매 스트림 (145b) 과 조합될 수 있다. 냉매 바이패스 밸브 (230) 는, 냉각된 냉매 스트림 (145) 이 냉매 팽창기 (150) 를 바이패스하도록, 냉매 유동 제어기 (340) 로부터의 신호에 의해 작동될 수 있다.The flow rate FR3 of any second refrigerant stream can be changed in proportion to the flow rate FR1 of the refrigerant stream such that the ratio of the refrigerant to the second refrigerant is maintained, such as the ratio of HMR to LMR. In another embodiment, FIG. 3 shows a
본 발명은 첨부된 청구범위의 관점을 벗어나지 않는 한 많은 방법으로 변경될 수 있음을 당업자는 쉽게 이해할 것이다.Those skilled in the art will readily appreciate that the present invention may be modified in many ways without departing from the scope of the appended claims.
Claims (15)
(a) 탄화수소 스트림을 제공하는 단계,
(b) 제 1 열교환기에서, 냉매 스트림의 유량을 가진 적어도 하나의 냉매 스트림에 대하여 상기 탄화수소 스트림과 열교환하여, 탄화수소 스트림의 유량을 가진 냉각된 탄화수소 스트림 및 적어도 하나의 복귀 냉매 스트림을 제공하는 단계,
(c) 상기 냉매 스트림의 유량에 대한 제 1 설정점을 입력하는 단계, 및
(d) 상기 설정점이 얻어질 때까지 냉매 스트림의 유량 및 탄화수소 스트림의 유량을 조절하는 단계를 포함하고,
(d1) 상기 제 1 설정점이 냉매 스트림의 유량보다 크면, 냉매 스트림의 유량이 증가하기 전에, 탄화수소 스트림의 유량이 증가되고,
(d2) 상기 제 1 설정점이 냉매 스트림의 유량보다 작으면, 탄화수소 스트림의 유량이 감소되기 전에, 냉매 스트림의 유량이 감소되며,
(d3) 상기 탄화수소 스트림의 유량이 감소하면, 냉매 스트림의 유량이 감소되는 탄화수소 스트림의 냉각 방법.A method of cooling a hydrocarbon stream in a heat exchanger, the method comprising:
(a) providing a hydrocarbon stream,
(b) in a first heat exchanger, heat exchange with said hydrocarbon stream for at least one refrigerant stream having a flow rate of a refrigerant stream to provide a cooled hydrocarbon stream and at least one return refrigerant stream having a flow rate of a hydrocarbon stream; ,
(c) entering a first set point for the flow rate of said refrigerant stream, and
(d) adjusting the flow rate of the refrigerant stream and the flow rate of the hydrocarbon stream until the set point is obtained,
(d1) if the first set point is greater than the flow rate of the refrigerant stream, the flow rate of the hydrocarbon stream is increased before the flow rate of the refrigerant stream is increased,
(d2) if the first set point is less than the flow rate of the refrigerant stream, the flow rate of the refrigerant stream is reduced before the flow rate of the hydrocarbon stream is reduced,
(d3) the flow rate of the hydrocarbon stream is reduced, the flow rate of the refrigerant stream is reduced.
상기 단계 (d) 에서, 상기 냉매 스트림의 유량 및 상기 탄화수소 스트림의 유량의 조절은 자동인 탄화수소 스트림의 냉각 방법.The method of claim 1,
In step (d), the adjustment of the flow rate of the refrigerant stream and the flow rate of the hydrocarbon stream is automatic.
상기 단계 (d) 동안, [냉매 스트림의 유량]/[탄화수소 스트림의 유량] 의 비는 미리 선택된 레벨 이하로 유지되는 탄화수소 스트림의 냉각 방법.The method according to claim 1 or 2,
During the step (d), the ratio of [flow rate of refrigerant stream] / [flow rate of hydrocarbon stream] is kept below a preselected level.
- 상기 냉매 스트림의 유량은 하이 선택기에 전송되는 냉매 유동 신호를 발생시키는 냉매 유동 제어기에 의해 측정되고, 상기 냉매 유동 제어기는 냉매 스트림의 유량을 제어하도록 냉매 스트림 밸브를 작동시키며,
- 상기 탄화수소 스트림의 유량은 로우 선택기에 전송되는 탄화수소 유동 신호를 발생시키는 탄화수소 유동 제어기에 의해 측정되고, 상기 탄화수소 유동 제어기는 탄화수소 스트림의 유량을 제어하도록 탄화수소 스트림을 작동시키며,
- 상기 제 1 설정점은 로우 선택기 및 하이 선택기에 전송되는 설정점 신호를 발생시키는 유동 설정기에 입력되고,
- 상기 로우 선택기는 설정점 신호 및 탄화수소 유동 신호 중 가장 작은 신호를 냉매 유동 제어기로 보내며,
- 상기 하이 선택기는 설정점 신호 및 냉매 유동 신호 중 가장 큰 신호를 냉각된 탄화수소 유동 제어기에 보내는 탄화수소 스트림의 냉각 방법.The method according to any one of claims 1 to 3,
The flow rate of the refrigerant stream is measured by a refrigerant flow controller that generates a refrigerant flow signal sent to a high selector, the refrigerant flow controller operating a refrigerant stream valve to control the flow rate of the refrigerant stream,
The flow rate of the hydrocarbon stream is measured by a hydrocarbon flow controller that generates a hydrocarbon flow signal sent to a row selector, the hydrocarbon flow controller operating the hydrocarbon stream to control the flow rate of the hydrocarbon stream,
The first set point is input to a flow setter which generates a set point signal sent to the low selector and the high selector,
The row selector sends the smallest of a set point signal and a hydrocarbon flow signal to the refrigerant flow controller,
The high selector sends the largest of a set point signal and a refrigerant flow signal to the cooled hydrocarbon flow controller.
상기 냉매 스트림은 중량의 혼합 냉매 스트림과 경량의 혼합 냉매 스트림, 바람직하게는 중량의 혼합 냉매 스트림을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 탄화수소 스트림의 냉각 방법.The method according to any one of claims 1 to 4,
The refrigerant stream is selected from the group comprising a heavy mixed refrigerant stream and a light mixed refrigerant stream, preferably a heavy mixed refrigerant stream.
상기 단계 (b) 에서, 제 1 열교환기에서 제 2 냉매 스트림의 유량을 가진 제 2 냉매 스트림에 대하여 탄화수소 스트림과 열교환하는 것을 더 포함하는 탄화수소 스트림의 냉각 방법.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
And in step (b), heat exchange with the hydrocarbon stream for a second refrigerant stream having a flow rate of a second refrigerant stream in a first heat exchanger.
상기 제 2 냉매 스트림의 유량은 냉매 스트림의 유량에 비례하여 결정되는 탄화수소 스트림의 냉각 방법. The method according to claim 6,
The flow rate of the second refrigerant stream is determined in proportion to the flow rate of the refrigerant stream.
- 제 2 냉매 스트림 밸브를 작동시켜 제 2 냉매 스트림의 유량을 변경하는 제 2 냉매 유동 제어기와,
- 상기 로우 선택기로부터 설정점 신호 및 냉각된 탄화수소 유동 신호 중 가장 작은 신호를 수용하며 또한 냉매 제어기의 신호를 제 2 냉매 유동 제어기에 전송함으로써 냉매 스트림의 유량에 대하여 제 2 냉매 스트림의 유량을 조절하는 냉매 제어기를 더 포함하는 탄화수소 스트림의 냉각 방법.The method according to claim 6 or 7,
A second refrigerant flow controller operating the second refrigerant stream valve to change the flow rate of the second refrigerant stream;
Receiving the smallest of the set point signal and the cooled hydrocarbon flow signal from the row selector and transmitting the signal of the refrigerant controller to the second refrigerant flow controller to adjust the flow rate of the second refrigerant stream relative to the flow rate of the refrigerant stream; Further comprising a refrigerant controller.
상기 제 2 냉매 스트림은 냉매 스트림이 중량의 혼합 냉매 스트림일 때 경량의 혼합 냉매 스트림거나, 또는 상기 제 2 냉매 스트림은 냉매 스트림이 경량의 혼합 냉매 스트림일 때 중량의 혼합 냉매 스트림인 탄화수소 스트림의 냉각 방법.The method according to any one of claims 6 to 8,
The second refrigerant stream is a lightweight mixed refrigerant stream when the refrigerant stream is a heavy mixed refrigerant stream, or the second refrigerant stream is a heavy mixed refrigerant stream when the refrigerant stream is a lightweight mixed refrigerant stream; Way.
(i) 제 1 열교환기에서 유입하는 냉매 스트림을 냉각시켜, 냉각된 냉매 스트림을 제공하는 단계,
(ii) 상기 냉각된 냉매 스트림을 냉매 팽창기에서 팽창시켜, 팽창된 냉매 스트림을 제공하는 단계,
(iii) 상기 팽창된 냉매 스트림을 냉매 밸브를 통하여 통과시켜, 냉매 스트림을 제공하는 단계, 및
(iv) 상기 냉매 스트림을 제 1 열교환기의 제 2 입구로 통과시키는 단계를 더 포함하는 탄화수소 스트림의 냉각 방법.The method according to any one of claims 1 to 9,
(i) cooling the refrigerant stream entering the first heat exchanger to provide a cooled refrigerant stream,
(ii) expanding the cooled refrigerant stream in a refrigerant expander to provide an expanded refrigerant stream,
(iii) passing the expanded refrigerant stream through a refrigerant valve to provide a refrigerant stream, and
(iv) passing said refrigerant stream through a second inlet of a first heat exchanger.
(v) 복귀 냉매 스트림을 냉매 압축기로 통과시켜, 압축된 냉매 스트림을 제공하는 단계,
(vi) 상기 압축된 냉매 스트림을 냉각기에서 냉각시켜, 냉각 압축된 냉매 스트림을 제공하는 단계, 및
(vii) 상기 냉각 압축된 냉매 스트림을 분리기에서 분리시켜, 적어도 하나의 유입 냉매 스트림을 제공하는 단계를 더 포함하는 탄화수소 스트림의 냉각 방법.The method of claim 10,
(v) passing the return refrigerant stream through a refrigerant compressor to provide a compressed refrigerant stream,
(vi) cooling the compressed refrigerant stream in a cooler to provide a cooled compressed refrigerant stream, and
(vii) separating the cold compressed refrigerant stream in a separator to provide at least one inlet refrigerant stream.
상기 단계 (vii) 에서, 냉각 압축된 냉매 스트림을 분리함으로써 추가로 제 2 유입 냉매 스트림을 생성하고, 상기 방법은,
(viii) 상기 제 2 유입 냉매 스트림을 제 1 열교환기에서 냉각시켜, 냉각된 제 2 냉매 스트림을 제공하는 단계,
(ix) 상기 냉각된 제 2 냉매 스트림을 제 2 냉매 팽창기에서 팽창시켜, 팽창된 제 2 냉매 스트림을 제공하는 단계,
(x) 상기 팽창된 제 2 냉매 스트림을 제 2 냉매 밸브를 통하여 통과시켜, 제 2 냉매 스트림을 제공하는 단계, 및
(xi) 상기 제 2 냉매 스트림을 제 1 열교환기의 제 3 입구로 통과시키는 단계를 더 포함하는 탄화수소 스트림의 냉각 방법.The method of claim 11,
In step (vii), the second inlet refrigerant stream is further generated by separating the cold compressed refrigerant stream, the method further comprising:
(viii) cooling the second inlet refrigerant stream in a first heat exchanger to provide a cooled second refrigerant stream,
(ix) expanding the cooled second refrigerant stream in a second refrigerant expander to provide an expanded second refrigerant stream,
(x) passing said expanded second refrigerant stream through a second refrigerant valve to provide a second refrigerant stream, and
(xi) passing said second refrigerant stream through a third inlet of a first heat exchanger.
상기 탄화수소 스트림은 천연 가스 스트림이고, 상기 냉각된 탄화수소 스트림은 LNG 스트림인 탄화수소 스트림의 냉각 방법.The method according to any one of claims 1 to 12,
Wherein said hydrocarbon stream is a natural gas stream and said cooled hydrocarbon stream is an LNG stream.
- 탄화수소 스트림용 제 1 입구 및 냉각된 탄화수소 스트림용 제 1 출구, 적어도 하나의 냉매 스트림용 적어도 제 2 입구 및 복귀 냉매 스트림용 제 2 출구를 구비하는 제 1 열교환기,
- 하이 선택기에 전송되는 냉매 유동 신호를 제공하도록 적어도 하나의 냉매 스트림의 냉매 스트림의 유량에 비례하는 신호를 측정하며 또한 상기 냉매 스트림의 유량을 제어하도록 냉매 밸브를 작동시키는 냉매 스트림 유동 제어기,
- 로우 선택기에 전송되는 냉각된 탄화수소 유동 신호를 제공하도록 냉각된 탄화수소 스트림의 냉각된 탄화수소 스트림의 유량에 비례하는 신호를 측정하며 또한 상기 냉각된 탄화수소 스트림의 유량을 제어하도록 냉각된 탄화수소 스트림 밸브를 작동시키는 냉각된 탄화수소 스트림 유동 제어기,
- 로우 선택기와 하이 선택기에 전송되는 설정점 신호를 제공하도록 설정점을 입력하는 유동 설정기,
- 상기 설정점 신호 및 냉각된 탄화수소 스트림 유동 신호 중 가장 작은 신호를 냉매 유동 제어기에 전송하는 로우 선택기, 및
- 상기 설정점 신호 및 냉매 스트림 유동 신호 중 가장 큰 신호를 냉각된 탄화수소 스트림 유동 제어기에 전송하는 하이 선택기를 포함하는 장치.Apparatus for operating a heat exchanger, at least,
A first heat exchanger having a first inlet for a hydrocarbon stream and a first outlet for a cooled hydrocarbon stream, at least a second inlet for at least one refrigerant stream and a second outlet for a return refrigerant stream,
A refrigerant stream flow controller measuring a signal proportional to the flow rate of the refrigerant stream of the at least one refrigerant stream and providing a refrigerant flow signal sent to the high selector and operating the refrigerant valve to control the flow rate of the refrigerant stream,
Measure a signal proportional to the flow rate of the cooled hydrocarbon stream of the cooled hydrocarbon stream to provide a cooled hydrocarbon flow signal sent to the row selector and also operate the cooled hydrocarbon stream valve to control the flow rate of the cooled hydrocarbon stream. Cooled hydrocarbon stream flow controller,
A flow setter that inputs a set point to provide a set point signal sent to the low selector and high selector,
A row selector for transmitting the smallest of said set point signal and the cooled hydrocarbon stream flow signal to a refrigerant flow controller, and
A high selector for transmitting the largest of said set point signal and refrigerant stream flow signal to a cooled hydrocarbon stream flow controller.
- 제 1 열교환기의 제 2 냉매 스트림용 제 3 입구,
- 상기 제 2 냉매 스트림의 유량을 변경하도록 제 2 냉매 스트림 밸브를 작동시키는 제 2 냉매 유동 제어기, 및
- 상기 로우 선택기로부터 설정점 신호 및 냉각된 탄화수소 유동 신호 중 가장 작은 신호를 수용하고 또한 냉매 제어기 신호를 제 2 냉매 유동 제어기에 전송함으로써 냉매 스트림의 유량에 대하여 제 2 냉매 스트림의 유량을 조절하는 냉매 제어기를 더 포함하는 장치.The method of claim 14,
A third inlet for a second refrigerant stream of the first heat exchanger,
A second refrigerant flow controller operating the second refrigerant stream valve to change the flow rate of the second refrigerant stream, and
A refrigerant that receives the smallest of a set point signal and a cooled hydrocarbon flow signal from the row selector and sends a refrigerant controller signal to the second refrigerant flow controller to regulate the flow rate of the second refrigerant stream relative to the flow rate of the refrigerant stream The apparatus further comprises a controller.
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