KR100338880B1 - 천연 가스의 액화를 위한 다중 성분 냉동 방법 - Google Patents

천연 가스의 액화를 위한 다중 성분 냉동 방법 Download PDF

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    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0229—Integration with a unit for using hydrocarbons, e.g. consuming hydrocarbons as feed stock
    • F25J1/0231—Integration with a unit for using hydrocarbons, e.g. consuming hydrocarbons as feed stock for the working-up of the hydrocarbon feed, e.g. reinjection of heavier hydrocarbons into the liquefied gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0245—Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • F25J1/0249—Controlling refrigerant inventory, i.e. composition or quantity
    • F25J1/025—Details related to the refrigerant production or treatment, e.g. make-up supply from feed gas itself
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0254—Operation; Control and regulation; Instrumentation controlling particular process parameter, e.g. pressure, temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0291—Refrigerant compression by combined gas compression and liquid pumping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0292—Refrigerant compression by cold or cryogenic suction of the refrigerant gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0636—Metals
    • F17C2203/0648—Alloys or compositions of metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0323—Valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/03—Mixtures
    • F17C2221/032—Hydrocarbons
    • F17C2221/033—Methane, e.g. natural gas, CNG, LNG, GNL, GNC, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0107—Single phase
    • F17C2223/0123—Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/033—Small pressure, e.g. for liquefied gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/035—High pressure (>10 bar)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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    • F17C2225/01—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2225/0107—Single phase
    • F17C2225/0123—Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
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    • F17C2225/01—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2225/0146—Two-phase
    • F17C2225/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • F17C2225/0161—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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    • F17C2225/00—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
    • F17C2225/03—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2225/033—Small pressure, e.g. for liquefied gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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    • F17C2225/00—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
    • F17C2225/03—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2225/035—High pressure, i.e. between 10 and 80 bars
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/03—Control means
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    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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    • F17C2260/04—Reducing risks and environmental impact
    • F17C2260/046—Enhancing energy recovery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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    • F17C2265/01—Purifying the fluid
    • F17C2265/015—Purifying the fluid by separating
    • F17C2265/017—Purifying the fluid by separating different phases of a same fluid
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    • F17C2265/032—Treating the boil-off by recovery
    • F17C2265/037—Treating the boil-off by recovery with pressurising
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    • F17C2265/068—Distribution pipeline networks
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    • F17C2270/0171—Trucks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
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    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • F17C2270/0173—Railways
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F25J2205/04—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/50—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using absorption, i.e. with selective solvents or lean oil, heavier CnHm and including generally a regeneration step for the solvent or lean oil
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/04—Mixing or blending of fluids with the feed stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/60—Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
    • F25J2220/64—Separating heavy hydrocarbons, e.g. NGL, LPG, C4+ hydrocarbons or heavy condensates in general
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/08—Cold compressor, i.e. suction of the gas at cryogenic temperature and generally without afterstage-cooler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

본 발명은 가스 스트림의 액화가 폐 루우프 다중 성분 냉동 시스템(45)에 의해 냉각되는 열 교환기(33)에서 유발되어 약 -112℃(-170℉) 이상의 온도 및 액체 생성물을 이의 기포점 또는 그 미만으로 존재하도록 하기에 충분한 압력을 갖는 메탄이 풍부한 액체 생성물이 제조되는, 메탄이 풍부한 가압 가스 스트림(10)의 액화 방법에 관한 것이다. 이어서, 액화 가스 생성물을 약 -112℃(-170℉) 이상의 온도에서 저장수단(50)으로 도입시킨다.

Description

천연 가스의 액화를 위한 다중 성분 냉동 방법{multi-component refrigeration process for liquefaction of natural gas}
이의 세정 연소성 및 편이성으로 인하여, 천연 가스는 최근에 광범위하게 사용되어 오고 있다. 많은 천연 가스 공급원은 가스에 대한 판매 시장으로부터 상당한 거리에 있는 먼 지역에 위치해 있다. 종종, 송유관은 천연 가스를 판매 시장으로 운송하는데 용이하다. 송유관식 운송법을 실행할 수 없는 경우에, 생성된 천연 가스는 시장으로 운송하기 위하여 종종 액화 천연 가스(이는 'LNG'로 칭함)로 가공한다.
LNG 플랜트의 독특한 특성 중 하나는 플랜트에 필요한 큰 자본 투자이다. 천연 가스를 액화시키는데 사용되는 장치는 일반적으로 아주 비싸다. 액화 플랜트는 불순물을 제거하기 위한 가스 처리, 액화, 냉동, 동력 설비 및 저장과 선적 적재 설비를 포함한, 수 개의 기본 시스템으로 구성된다. LNG 플랜트의 경비는 플랜트 위치에 따라 광범위하게 변할 수 있지만, 통상의 LNG 프로젝트는 현장 개발 경비를 포함하여, U.S. $50억 내지 U.S.$100억의 경비가 들 수 있다. 플랜트의 냉동 시스템은 경비의 30% 까지 고려될 수 있다.
LNG 플랜트의 디자인에 있어서, 세가지의 가장 중요한 측면은 (1) 액화 사이클의 선택, (2) 용기, 배관 및 기타 장비에 사용되는 물질 및 (3) 천연 가스 공급물 스트림을 LNG로 전환시키기 위한 가공 단계이다.
LNG 냉동 시스템은 너무 많은 냉동이 천연 가스를 액화시키는데 필요하기 때문에 값이 비싸다. 통상의 천연 가스 스트림은 약 4,830 내지 약 7,600㎪(약 700 내지 약 1,100psia)의 압력 및 약 20 내지 약 40℃(약 68 내지 약 104℉)의 온도에서 LNG 플랜트로 도입시킨다. 주로 메탄인 천연 가스는, 에너지를 목적으로 사용되는 중질 탄화수소의 경우와 마찬가지로, 압력을 간단히 증가시켜 액화시킬 수 없다. 메탄의 임계 온도는 -82.5℃(-116.5℉)이다. 이는 메탄이 적용되는 압력과는 무관하게 상기 온도 미만에서만 액화될 수 있음을 의미하는 것이다. 천연 가스는 가스의 혼합물이므로, 온도 범위에 걸쳐 액화된다. 천연 가스의 임계 온도는 통상 약 -85 내지 -62℃(-121 내지 -80℉)이다. 통상, 대기압에서 천연 가스 조성물은 약 -165 내지 -155℃(-265 내지 -247℉)의 온도에서 액화된다. 냉동 장치는 LNG 설비 경비의 상당 부분을 나타내므로, 냉동 경비를 감소시키기 위한 상당한 노력이 있어왔다.
많은 냉동 사이클이 천연 가스를 액화시키기 위하여 사용되어 왔지만, 오늘날 LNG 플랜트에 가장 통상적으로 사용되는 세가지 형태는 (1) 가스 온도를 액화 온도로 감소시키기 위하여 점진적으로 배열된 열 교환기에 다수의 단일 성분 냉매를 사용하는 '캐스케이드 사이클(cascade cycle)', (2) 온도 감소를 수반하면서 고압에서 저압으로 가스를 팽창시키는 '팽창 사이클(expander cycle)' 및 (3) 특별히 고안된 교환기에서 다중 성분 냉매를 사용하는 '다중 성분 냉동 사이클(multi-component refrigeration cycle)'이다. 대부분의 천연 가스 액화 사이클은 이들 세가지 기본 형태의 변환 또는 조합을 사용한다.
혼합된 냉매 시스템은 대개 프로판을 사용하여 약 -35℃(-31℉)로 미리 냉각시킨 후에, 다중 성분 냉동 스트림의 순환을 포함한다. 통상의 다중 성분 시스템은 메탄, 에탄, 프로판 및 임의의 다른 가벼운 성분을 포함한다. 프로판 예비 냉각이 없을 경우, 무거운 성분(예: 부탄 및 페탄)은 다중 성분 냉매에 포함될 수 있다. 혼합된 냉매 사이클의 특성은 공정에서 열 교환기가 통상 2상(two-phase) 냉매의 유동을 조절해야만 하는 것이다. 이는 큰 특수한 열 교환기의 사용을 필요로 한다. 혼합 냉매는 온도 범위에 걸쳐 응축하는 바람직한 특성을 나타내며, 이는 순수한 성분의 냉매 시스템보다 열역학적으로 효율적일 수 있는 열 교환기 시스템의 디자인을 허용한다. 다중 성분 냉동 공정의 예는 미합중국 특허 제5,502,972호, 제5,497,626호, 제3,763,638호 및 제4,586,942호에 기술되어 있다.
통상의 LNG 플랜트에 사용되는 물질은 또한 플랜트의 경비에 기여한다. LNG 플랜트에 사용되는 용기, 배관 및 기타 장치는 통상 적어도 부분적으로, 알루미늄, 스테인레스 스틸 또는 니켈 함량이 높은 강철로부터 제조되어 저온에서 필요한 강도 및 파쇄 인성을 제공한다.
통상의 LNG 플랜트에서, 물, 이산화탄소, 황함유 화합물(예: 황화수소 및 기타 산 가스), n-펜탄 및 벤젠을 포함하는 고급 탄화수소는 실질적으로 백만분의 1(ppm) 수준 아래로 천연 가스 가공으로부터 제거되어야 한다. 이들 화합물의 일부는 동결되어, 공정 장치에서 막히는 문제점을 유발한다. 황을 함유하는 화합물과 같은, 다른 화합물이 통상 판매 사양에 부합되도록 제거된다. 통상의 LNG 플랜트에 있어서, 가스 처리 장치가 이산화탄소 및 산 가스를 제거하는데 필요하다. 가스 처리 장치는 통상 화학적 및/또는 물리적 용매 재발생 방법을 사용하며, 상당한 자본 투자를 필요로 한다. 또한, 작동 경비가 높다. 건식 상 건조기(예: 분자체)가 수증기를 제거하는데 필요하다. 세척탑 및 분별 장치가 통상 막히는 문제점을 유발하는 탄화수소를 제거하는데 사용된다. 수은이 또한 통상의 LNG 플랜트에서 제거되는데, 이는 알루미늄으로 제조된 장치에서 고장을 유발할 수 있기 때문이다. 또한, 천연 가스에 존재할 수 있는 질소의 많은 부분은 가공 후에 제거되는데, 이는 질소가 통상의 LNG 운송 도중에 액상으로 존재하지 않고, 전달 싯점에서 LNG 용기에 질소 증기를 갖는 것은 바람직하지 않기 때문이다.
필요한 가공 동력 및 냉동 장치의 양을 최소화하는 개선된 천연 가스의 액화 공정을 위한 공업적 요구가 여전히 존재한다.
발명의 요약
본 발명은 메탄이 풍부한 공급 가스 스트림을 액화시키는 개선된 공정에 관한 것이다. 공급 가스 스트림은 약 3,100 ㎪(450psia) 보다 큰 압력을 갖는다. 압력이 너무 낮으면, 가스는 먼저 압축될 수 있다. 가스는 다중 성분 냉동 시스템에 의해 액화되어 약 -112℃(-170℉) 보다 높은 온도 및 액체 생성물을 이의 기기포점(bubble point) 온도 또는 그 미만으로 존재하도록 하기에 충분한 압력을 갖는 액체 생성물을 생성하며, 생성물은 본 명세서에서 '가압 액체 천연 가스(pressurized liquid natural gas; PLNG)'로 칭한다. 다중 성분 냉동법에 의한 액화 전에, 가스는 바람직하게는 액화되지 않으면서 팽창수단을 통과하는 재순환 증기에 의해 냉각된다. PLNG는 약 -112℃(-170℉) 보다 높은 온도에서 저장하기 위하여 저장수단으로 도입된다.
본 발명의 다른 양태에 있어서, 공급 가스가 메탄보다 무거운 성분을 함유하는 경우에, 중질 탄화수소의 대부분은 다중 성분 냉동법에 의한 액화 전에 분별 공정에 의해 제거된다.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 액화 천연 가스의 증발로부터 생성되는 비등(boil-off) 가스는 PLNG를 생성하기 위한 다중 성분 냉동법에 의한 액화를 위하여 공급물 가스에 가할 수 있다.
본 발명의 방법은 저장 또는 운송 동안 공급물의 공급원에서의 천연 가스의 초기 액화와, 저장 및 선적 도중에 제공되는 천연 가스 증기를 다시 액화시키기 위하여 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 천연 가스를 액화시키거나 다시 액화시키기 위한 개선된 액화 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 선행 기술 분야의 시스템에서 보다 실질적으로 적은 압축력이 필요한 개선된 액화 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 작동시 경제적이고 효율적인 개선된 액화 공정을 제공하는 것이다. 통상의 LNG 공정의 매우 저온인 냉동법은 본 발명의 실행에 따르는 PLNG의 제조시 필요한 비교적 온화한 냉동법에 비하여 매우 값이 비싸다.
본 발명은 천연 가스 액화 방법에 관한 것으로, 보다 특히는 가압 액체 천연 가스(pressurized liquid natural gas: PLNG)를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명 및 이의 이점은 하기의 상세한 설명 및 본 발명의 대표적인 양태의 도식적 플로우 다이아그램을 나타내는 첨부되는 도면을 참조로 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 PLNG를 제조하기 위한 폐 루우프 다중 성분 냉동 시스템을 나타내는 본 발명의 제1 양태의 도식적 플로우 다이아그램이다.
도 2는 천연 가스를 PLNG로 액화시키기 전에 분별화하는 본 발명의 제2 양태의 도식적 플로우 다이아그램이다.
도 3은 PLNG로 액화되기 전에 폐 루우프 단일 성분 냉동 시스템이 천연 가스 스트림을 예비 냉각시키기 위하여 사용되는 본 발명의 제3 양태의 도식적 플로우 다이아그램이다.
도 4는 폐 루우프 다중 성분 냉동 시스템이 분별화 전에 천연 가스 공급물 스트림을 예비 냉각시키고, 냉동 시스템은 또한 PLNG를 제조하기 위하여 천연 가스 공급물 스트림을 액화시키는 본 발명의 제4 양태의 도식적 플로우 다이아그램이다.
도 5는 천연 가스를 분별화한 다음, 열 교환기에서 액화시키고, 냉매로서 다중 성분 액체 및 다중 성분 증기를 모두 사용하는 제2 폐 루우프 냉동 시스템에 의해 냉동시키는 본 발명의 제5 양태의 도식적 플로우 다이아그램으로서, 비등 증기는 다중 성분 냉동 시스템의 증기만으로도 다시 액화된다.
도 6은 비등 증기 및 천연 가스 공급물을 다중 성분 냉동 시스템에 의한 액화 전에 혼합하여 PLNG를 제조하는 본 발명의 제6 양태의 도식적 플로우 다이아그램이다.
도 7은 천연 가스를 분별화한 다음, 열 교환기에서 액화시키고, 냉매로서 다중 성분 액체 및 다중 성분 증기를 모두 사용하는 제2 폐 루우프 냉동 시스템에 의해 냉동시키는 본 발명의 제7 양태의 도식적 플로우 다이아그램이다.
도 8은 도 2, 도 5, 도 6 및 도 7에 제시된 양태에서 사용되는 팽창 공정의 도식적 플로우 다이아그램이다.
도 9는 도 1, 도 2, 도 3, 도 4 및 도 6에 제시된 양태에서 사용되는 바람직한 다중 성분 냉동 시스템의 도식적 플로우 다이아그램이다.
도 10은 도 5 및 도 7에서 제시된 양태에서 사용되는 바람직한 다중 성분 냉동 시스템의 도식적 플로우 다이아그램이다.
도에 제시된 플로우 다이아그램은 본 발명의 공정을 수행하는 다양한 양태를 나타낸다. 도는 본 발명의 범위로부터 이들 특정 양태의 통상적이고 예상되는 변환의 결과인 다른 양태를 배제하지 않고자 한다. 다양한 필요한 하위시스템(예: 펌프, 밸브, 유동 스트림 혼합기, 제어 시스템 및 센서)은 표현을 간단하고 명확히하기 위하여 도면으로부터 삭제한다.
바람직한 양태의 설명
본 발명은 약 -112℃(-170℉) 보다 높은 온도 및 액체 생성물이 이의 기포점 또는 그 미만으로 존재하도록 하기에 충분한 압력을 갖는 메탄이 풍부한 액체 생성물을 생성하기 위하여 천연 가스를 액화시키기 위한 다중 성분 냉동 시스템을 사용한다. 이러한 메탄이 풍부한 생성물은 종종 본 기술에서 가압 액체 천연 가스(PLNG)로서 칭한다. 용어 '기포점(bubble point)'은 액체가 가스로 전환되기 시작하는 온도 및 압력이다. 예를 들면, 특정 용량의 PLNG가 일정한 압력에서 유지되지만 이의 온도는 증가되는 경우에, 가스의 기포가 PLNG에서 형성되기 시작하는 온도가 기포점이다. 유사하게, 특정 용량의 PLNG가 일정한 온도에서 유지되지만 압력이 감소되는 경우에, 가스가 형성되기 시작하는 압력을 기포점으로 정의한다. 기포점에서, 혼합물은 포화된 액체이다.
본 발명에 따라 다중 성분 냉동 시스템을 사용하면 과거에 사용된 다중 성분 공정보다 천연 가스를 액화시키는데 힘이 덜 요구되고, 본 발명의 공정에 사용되는 장치는 덜 비싼 물질로 제조될 수 있다. 이와는 대조적으로, -160℃(-256℉) 만큼 낮은 온도를 갖는 대기압에서 LNG를 제조하는 선행 기술 분야의 공정은 공정 장치의 적어도 일부가 안전한 작동을 위하여 값이 비싼 물질로부터 제조되어야 한다.
본 발명의 실행시 천연 가스를 액화시키는데 필요한 에너지는 통상의 LNG 플랜트의 에너지 요건에 비하여 상당히 감소된다. 본 발명의 공정을 위하여 필요한 냉동 에너지의 감소로 낮은 작동 경비에 비례하여 자본 경비가 상당히 감소되고, 효율 및 신뢰도가 증가되어 액화 천연 가스를 생성시키는 경제성이 상당히 개선된다.
본 발명의 작동 압력 및 온도에서는 약 3½중량%의 니켈 강철이 액화 공정의 최저온 작동 영역에서 배관 설비에 사용될 수 있는 반면에, 보다 비싼 9중량%의 니켈 또는 알루미늄이 일반적으로 통상의 LNG 공정에서 동일한 장치에 대해 필요하다. 이는 선행 기술 분야의 LNG 공정에 비하여 본 발명의 공정에 대한 또 다른 상당한 비용상의 감소를 제공한다.
천연 가스의 저온 가공에서 먼저 고려되는 것은 오염이다. 본 발명의 공정에 적합한 천연 가스 원료 공급물 원료는 원유정(부수 가스) 또는 천연 가스정(비부수 가스)으로부터 수득되는 천연 가스를 포함할 수 있다. 천연 가스의 조성은 상당히 변할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 천연 가스 스트림은 주성분으로서 메탄(C1)을 함유한다. 천연 가스는 통상 에탄(C2), 고급 탄화수소(C3+) 및 소량의 오염물(예: 물, 이산화탄소, 황화수소, 질소, 부탄, 탄소수가 6 이상인 탄화수소, 분진, 황화철, 왁스 및 원유)을 또한 함유한다. 이들 오염물의 용해도는 온도, 압력 및 조성에 따라 변한다. 저온에서, CO2, 물 및 다른 오염물은 고체를 형성할 수 있고, 이는 저온성 열 교환기에서 유동 통로를 막을 수 있다. 이러한 잠재적인 어려움은 이들의 순수한 성분 내의 상태, 고체상 온도-압력 상 경계를 예상한다면 이러한 오염물을 제거함으로써 피할 수 있다. 본 발명의 다음의 설명에서, 천연 가스 스트림을 황화물 및 이산화탄소를 제거하기 위하여 적절히 처리하고, 통상의 잘 알려진 공정을 사용하여 물을 제거함으로써 '맑고, 건조한' 천연 가스 스트림이 제조되리라 예상된다. 천연 가스 스트림이 액화 도중에 동결될 수 있는 중질 탄화수소를 함유하거나, 중질 탄화수소가 PLNG에서 바람직하지 못한 경우에, 중질 탄화수소는 하기에 보다 상세히 기술되는 바와 같이 PLNG를 제조하기 전에 분별화 공정에 의해 제거할 수 있다.
본 발명의 한 이점은 보다 따뜻한 작동 온도로 인하여 천연 가스가 통상의 LNG 공정에서 가능했던 것 보다 높은 농도 수준의 동결 가능한 성분을 가질 수 있도록 한다는 것이다. 예를 들면, -160℃(-256℉)에서 LNG를 제조하는 통상의 LNG 플랜트에 있어서, CO2는 동결 문제를 피하기 위하여 약 50ppm 미만이어야 한다. 이와는 대조적으로, 공정 온도를 약 -112℃(-170℉) 이상으로 유지함으로써, 천연 가스는 본 발명의 액화 공정시 동결 문제를 유발하지 않고, -112℃(-170℉)의 온도에서 약 1.4mol%의 CO2및 -95℃(-139℉)에서는 약 4.2% 만큼 높은 수준으로 CO2를 함유할 수 있다.
또한, 천연 가스에서 적절한 양의 질소는 본 발명의 공정에서 제거할 필요가 없는데, 이는 질소가 본 발명의 작동 압력 및 온도에서 액화된 탄화수소와 함께 액상으로 잔류하기 때문이다. 가스 처리 및 질소 폐기에 필요한 장치를 감소시키거나, 어떤 경우에 이를 생략하는 능력은 상당한 기술적 및 경제적 이점을 제공한다. 본 발명의 이들 및 다른 이점은 도면을 참조로 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1에 있어서, 가압 천연 가스 공급물 스트림(10)은 바람직하게는 약 1,724 ㎪(250psia) 이상, 보다 바람직하게는 약 4827 ㎪(700psia) 이상인 압력 및 약 40℃(104℉) 미만인 온도에서 액화 공정으로 도입시키지만, 경우에 따라, 상이한 압력 및 온도가 사용될 수 있고, 따라서, 시스템은 본 발명의 교시를 이해한 당해 분야의 숙련가에 의해 적절히 변형될 수 있다. 가스 스트림(10)이 약 1,724 ㎪(250psia) 미만인 경우에, 하나 이상의 압축기를 포함할 수 있는 적절한 압축 장치(도시되지 않음)에 의해 가압할 수 있다.
천연 가스 공급물 스트림(10)은 약 30℃(86℉) 미만인 온도로 천연 가스 스트림을 냉각시키는 통상의 냉각 시스템일 수 있는 공급물 냉각기(26)으로 통과시킨다. 냉각은 바람직하게는 공기 또는 물을 사용하여 열 교환기에 의해 수행한다. 공급물 냉각기(26)으로부터 배출되는 냉각된 스트림(11)은 당해 분야의 통상의 숙련가에게 친숙하고 시판되고 있는 통상의 다중 성분 열 교환기(33)의 처음 냉각 영역(33a)로 전달된다. 본 발명은 특정 형태의 열 교환기로 제한되지 않지만, 경제적인 이유로, 평판-핀, 나선형의 감긴 차가운 박스형 열 교환기가 바람직하다. 바람직하게는, 열 교환기로 보내지는 액체 및 증기상을 모두 함유하는 모든 스트림은 이들이 도입되는 통로의 단면을 통하여 액체 및 증기상을 모두 동일하게 분배시킨다. 이를 성취하기 위하여, 개개 증기 및 액체 스트림에 대한 분배 장치를 제공하는 것이 바람직하다. 분리기를 필요에 따라 다중상 유동 스트림에 가하여 스트림을 액체 및 증기 스트림으로 나눌 수 있다. 예를 들면, 분리기는 스트림(18 및 24)가 각각 냉각 영역(33a 및 33b)로 도입되기 전에 도 1의 스트림(18 및 24)(분리기는 도 1에 도시되어 있지 않음)로 가할 수 있다.
열 교환기(33)은 하나 이상의 냉각 영역, 바람직하게는 둘 이상의 냉각 영역을 가질 수 있다. 도 1에 도시된 열 교환기(33)은 두 개의 냉각 영역(33a 및 33b)를 갖는다. 스트림(11)에서 천연 가스는 MCR 시스템(45)로 본 명세서에 언급된, 다중 성분 냉동 시스템(45)로부터의 냉매를 사용하여 열 교환기에 의해 냉각 영역(33a)에서 액화된다. MCR 시스템(45)의 바람직한 양태는 도 9에 제시되어 있고, 이는 하기에서 보다 상세히 논의된다. MCR 시스템에서 냉매는 탄화수소의 혼합물로 이루어지며, 이는, 예를 들면, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 및 펜탄을 포함할 수 있다. 바람직한 냉매는 mole% 기준으로 다음의 조성을 갖는다: 메탄(25.8%), 에탄(50.6%), 프로판(1.1%), 이소부탄(8.6%), n-부탄(3.7%), 이소펜탄(9.0%) 및 n-펜탄(1.2%). MCR 성분의 농도는 냉동되는 공급물 가스의 냉각 및 응축 특성과, 액화 공정의 저온 요건에 부합되도록 조절할 수 있다. 폐 루우프 MCR 냉동 시스템에 대해 적합한 온도 및 압력의 예로서, 345 ㎪(50psia) 및 10℃(50℉)에서의 라인(27)의 다중 성분 냉매는 1,207 ㎪(175psia)의 압력 및 13.3℃(56℉)의 온도를 갖는 다중 성분 유체 스트림(18)을 제조하기 위한 MCR 시스템(45)에서의 통상의 압축 및 냉각에 관한 것이다. 스트림(18)은 냉각 영역(33a)에서 냉각시키고, -99℃(-146℉)의 온도에서 냉각 영역(33b)로부터 배출되는 냉 스트림(23)을 생성하기 위하여 냉각 영역(33b)에서 다시 냉각시킨다. 그 다음에, 스트림(23)은 통상의 주울-톰슨 밸브(46)을 통해 팽창시켜 414 ㎪(60psia) 및 -108℃(-162℉)에서 스트림(24)를 생성한다. 이어서, 스트림(24)를 냉각 영역(33b)에서 가온한 다음, 10℃(50℉) 및 345 ㎪(50psia)에서 스트림(27)을 생성하기 위하여 냉각 영역(33a)에서 다시 가온한다. 그 다음에, 다중 성분 냉매를 폐 루우프 냉동 시스템에서 재순환시킨다. 도 1에 제시된 액화 공정에서, MCR 시스템(45)는 PLNG를 제조하기 위하여 사용되는 유일한 폐 루우프 냉동 시스템이다.
액화 천연 가스 스트림(19)는 약 -112℃(-170℉) 이상의 온도 및 액체 생성물을 이의 기포점 또는 그 미만으로 존재하도록 하기에 충분한 압력을 갖는 PLNG이다. 스트림(19)의 압력이 스트림(10)을 액상으로 유지하는데 필요한 압력보다 높은 경우에, 스트림(19)는 임의로 하나 이상의 팽창수단[예: 수차(34)]를 통과시켜 저압이지만, 여전히 약 -112℃(-170℉) 이상의 온도 및 액체 생성물을 이의 기포점 이하로 존재하도록 하기에 충분한 압력을 갖는 PLNG 생성물을 제조할 수 있다. 그 다음에, PLNG는 라인(20 및 29)를 통하여 송유관, 정상 저장 탱크 또는 캐리어(예: PLNG 선박, 트럭 또는 철도차량)와 같은 적절한 저장 또는 운송 수단(50)으로 보내진다.
액화 천연 가스의 저장, 운송 및 취급시, 액화 천연 가스의 증발로부터 생성되는 상당량의 '비등(boil-off)' 증기가 존재할 수 있다. 본 발명은 특히, PLNG에 의해 생성되는 비등 증기를 액화시키는데 적합하다. 본 발명의 공정은 임의로 이러한 비등 증기를 다시 액화시킬 수 있다. 도 1에 있어서, 비등 증기는 라인(22)를 통하여 본 발명의 공정으로 도입시킨다. 임의로, 스트림(22)의 일부는 회수하고, 냉각 영역(33a)를 통과시켜 이후에 연료로서 사용하기 위한 회수된 비등 가스를 가온하고, 추가의 냉동을 냉각 영역(33a)로 제공할 수 있다. 스트림(22)의 나머지 부분은 비등 가스가 다시 액화되는 냉각 영역(33b)로 통과시킨다. 냉각 영역(33b)로부터 배출되는 액화 천연 가스(스트림 28)는 펌프(36)에 의해 수차(34)로부터 배출되는 PLNG의 압력으로 펌핑한 다음, 스트림(20)과 혼합하고, 적절한 저장수단(50)로 보낸다.
수차(34) 및 펌프(36)으로부터 배출되는 유체 스트림은 바람직하게는 공정에서 액화되지 않은 특정 가스로부터 액화 천연 가스를 분리하는 하나 이상의 상 분리기(이러한 분리기는 도에 제시되지 않음)로 통과시킨다. 이러한 분리기의 작동은 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 잘 공지되어 있다. 그 다음에, 액화 천연 가스는 PLNG 저장수단(50)로 통과시키고, 상 분리기로부터의 가스 상은 연료로서 사용하거나, 액화를 위한 공정으로 다시 순환시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 양태를 도시한 것이며, 이러한 설명에서 본 도 및 다른 도에서의 같은 숫자를 갖는 부분은 동일한 공정 기능을 갖는다. 그러나, 당해 분야의 숙련가는 한 양태로부터 다른 양태에서 공정 장치는 상이한 유체 유량, 온도 및 조성을 취급하는 능력 및 크기가 변할 수 있음을 알 것이다. 도 2에 있어서, 천연 가스 공급물 스트림은 라인(10)을 통해 시스템으로 도입된 다음, 통상의 공급물 냉각기(26)을 통해 통과한다. 천연 가스는 공급물 냉각기(26)으로부터 팽창 공정(30)으로 통과되어, 여기에서 천연 가스 스트림을 천연 가스 액체(NGL)라 불리우는 천연 가스의 중질 탄화수소 성분의 적어도 많은 부분을 응축시키기에 충분한 온도로 냉각시킨다. NGL은 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄 및 이소펜탄 등을 포함한다. 4,137 내지 7,585 ㎪(600 내지 1,100psia)의 범위인 압력에서, 응축을 수행하는데 필요한 온도는 약 0 내지 약 -60℃(32 내지 -76℉)의 범위이다. 팽창 공정(30)의 바람직한 양태는 도 8에 제시되어 있으며, 이는 하기에서 보다 상세히 기술된다.
팽창 공정(30)으로부터 배출되는 기저 스트림(12)는 통상의 분별화 플랜트(35)로 통과시키며, 이의 일반적인 작동은 당해 분야의 숙련가에게 공지되어 있다. 분별화 플랜트(35)는 액체 기저 스트림(12)를 소정량의 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄 및 헥산으로 분리하는 하나 이상의 분별화 칼럼(도 2에 도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 분별화 플랜트는 바람직하게는 에탄을 생성시키는 에탄 제거 칼럼, 프로판을 생성시키는 프로판 제거 칼럼 및 부탄을 생성시키는 부탄 제거 칼럼 등의 다중 분별화 칼럼(도시되지 않음)을 포함하며, 이들 모두는 다중 성분 냉동 시스템(45) 또는 다른 적합한 냉동 시스템에 대한 보충 냉매로서 사용될 수 있다. 냉매 보충 스트림은 총괄적으로 도 2에 라인(15)로 표시되어 있다. 공급물 스트림(10)이 고농도의 CO2를 함유하는 경우에, 하나 이상의 냉매 보충 스트림(15)가 냉동 장치에서 잠재적인 막힘의 문제를 피하기 위하여 CO2를 제거하기 위한 처리에 필요할 수 있다. 분별화 플랜트(35)는 바람직하게는 냉매 스트림의 CO2농도가 약 3mol%를 초과하는 경우에 CO2제거 공정을 포함한다. 액체를 분별화 플랜트(35)로부터 도 2에 총괄적으로 스트림(14)로 도시된 응축 생성물로서 회수한다. 분별화 플랜트(35)의 분별화 칼럼으로부터 배출되는 오버헤드 스트림은 에탄 및 다른 경탄화수소가 풍부하며, 이는 도 2에 스트림(13)으로서 총괄적으로 도시되어 있다.
메탄 제거기(30)으로부터 수득한 메탄이 풍부한 스트림(16)은 에탄이 풍부한 스트림(13)과 합하고, 스트림(17)로서 천연 가스를 액화시키기 위한 혼합된 냉매 냉각 영역(33a)로 통과시킨다. 냉각 영역(33a)에서의 냉동은 도 1에서 MCR 시스템의 기술에 대해 상기에서 보다 상세히 기술한, 통상의 다중 성분 냉동 시스템(45)에 의해 제공된다. MCR 냉매가 폐 루우프 시스템에서 순환되지만, 냉매가 누출에 의해 시스템으로부터 손실되는 경우에는, 보충 냉매는 분별화 플랜트(35)(라인 15)로부터 수득될 수 있다. 도 2에 제시된 액화 공정에서는, 다중 성분 냉동 시스템(45)는 천연 가스 공급물 스트림(10)을 액화시키는데 사용되는 유일한 폐 루우프 냉동 시스템이다.
혼합된 냉매 냉각 영역(33a)로부터 배출되는 액화 천연 가스 스트림(19)는 수차(34)를 통과시켜 유체 압력을 저하시킴으로써, 약 -112℃(-170℉) 이상의 온도 및 PLNG를 이의 기포점 이하로 존재하도록 하기에 충분한 압력에서 PLNG를 제조한다. 이 양태의 주요 이점은 중질 탄화수소 제거가 확장된 플랜트에서 가능하며, 냉매는 분별화 플랜트(35)에서 보충될 수 있다는 점이다.
도 3은 폐 루우프 단일 성분 냉동 시스템이 PLNG로 액화되기 전에 천연 가스 스트림(10)을 예비 냉각시키는데 사용되는 본 발명의 다른 양태를 나타낸 것이다. 도 3에 제시된 공정은 도 2에 제시된 공정과 유사하되, 단 폐-사이클 냉동 시스템(40)이 사용되어 공급물 냉각기(26)에 대한 적어도 일부의 냉각을 제공하고, 열 교환기(60)에 대해 냉각을 제공한다. 공급물 냉각기(26)으로부터 배출되는 스트림(11)은 도 2의 공정에 사용된 팽창 공정(30)에 대한 필요없이 직접 통상의 메탄 제거기(80)로 통과된다. 냉동 시스템(40)은 프로판, 프로필렌, 에탄, 이산화탄소 또는 냉매로서 적합한 다른 액체를 갖는 통상의 폐 루우프 냉동 시스템일 수 있다.
도 3에서, MCR 시스템(45)로부터 라인(18a)의 액체 냉매는 임의로 열 교환기(33)으로부터 MCR 시스템(45)로 반송되는 스트림(27)의 냉매에 의해 열 교환기(70)에서 냉각될 수 있다. 스트림(18a)는 냉동 시스템(40)과 열 교환기(60) 사이를 순환하는 냉매 유동 스트림(51)을 갖는 냉동 시스템(40)으로부터의 냉매에 의해 열 교환기(60)에서 다시 냉각될 수 있다. 이 양태에 있어서, 냉각 요건의 상당 부분은 통상적인 순수한 성분의 폐 루우프 냉동 시스템(40)(예: 프로판 시스템)으로 옮겨간다. 부가의 열 교환기가 필요하지만, 열 교환기(33)의 크기 및 비용이 감소된다.
도 4는 폐 루우프 다중 성분 냉동 시스템(33)이 분별화 전에 천연 가스 공급물 스트림을 예비 냉각시키고, 냉동 시스템은 또한 천연 가스 스트림을 액화시켜 PLNG를 제조하는 본 발명의 공정의 다른 양태를 나타낸 것이다. 천연 가스 공급물 스트림은 라인(10)을 통해 시스템으로 도입된 다음, 천연 가스를 냉각시키고 부분적으로 액화시킬 수 있는 공급물 냉각기(26)을 통해 통과시킨다. 그 다음에, 천연 가스는 라인(11)을 통해 다중 성분 열 교환기(33)의 제1 냉각 영역(33a)로 통과시킨다. 이 양태에서 열 교환기(33)은 세 개의 냉각 영역(33a, 33b, 33c)를 갖는다. 제2 냉각 영역(33b)는 제1 냉각 영역(33a)와 제3 냉각 영역(33c) 사이에 위치하며, 제1 냉각 영역보다 낮은 온도 및 제3 냉각 영역보다 높은 온도에서 작동한다.
부분적으로 액화된 천연 가스는 제1 냉각 영역(33a)로부터 배출되어, 라인(11a)을 통하여 메탄 제거기(80)으로 통과시킨다. 메탄 제거기(80)은 천연 가스를 분별화하여 메탄이 풍부한 오버헤드 스트림(16) 및 기저 스트림(12)을 생성한다. 기저 스트림(12)는 도 2에 대한 상기 기술과 유사한 분별화 플랜트(35)로 통과시킨다.
메탄 제거기(30)으로부터의 메탄이 풍부한 스트림(16) 및 분별화 플랜트(35)로부터의 오버헤드 생성물 스트림(13)을 합하고, 스트림(17)로서 열 교환기(33)의 제2 냉각 영역(33b)로 통과시킨다. 제2 냉각 영역(33b)로부터 배출되는 스트림(19)는 수차(34)와 같은 하나 이상의 팽창수단을 통과시킨다. 수차(34)는 차고 팽창된 스트림(20)(PLNG)을 생성하며, 이는 약 -112℃(-170℉) 이상의 온도 및 액체 생성물을 이의 기포점 이하로 존재하도록 하기에 충분한 압력에서 저장수단(50)으로 통과시킨다.
운송 또는 적재 작업 도중에 저장 장소 내에서 액화 천연 가스의 증발로부터 생성되는 비등 가스는 임의로 라인(22)에 의해 제3 냉각 영역(33c)로 도입시킬 수 있고, 여기에서 비등 가스는 다시 액화된다. 임의로, 비등 가스의 일부는 제2 냉각 영역(33b)를 통해 통과시켜 연료(스트림 38)로서 사용하기 전에 비등 가스를 가열할 수 있다. 냉각 영역(33c)로부터 배출되는 액화 천연 가스는 펌프(36)에 의해 스트림(20)에서 PLNG의 압력으로 펌핑시킨 다음, 저장수단(50)으로 보낸다.
도 4의 양태로 도 2의 양태에서 요구되는 상당한 압력 강하 없이 또는 도 3의 양태와 같은 부가의 냉동 시스템 없이 중질 탄화수소 제거 및 냉매 보충이 가능하다.
도 5는 공급물 천연 가스를 공급물 냉각기(26)에 의해 냉각시키고, 이러한 천연 가스를 냉매로서 다중 성분 액체 및 다중 성분 증기를 모두 사용하는 폐 루우프 냉동 시스템(45)에 의해 냉동되는 열 교환기(33)에서 액화시키는 본 발명의 또 다른 양태를 나타낸 것이다. 이로 인하여 다중 성분 증기만으로 탱크의 비등 증기를 액화시킬 수 있다. 이 양태는 도 2에 기술된 양태와 유사하되, 단 다중 성분 열 교환기 시스템(33)의 작동 만은 예외이다. 증기 및 액체 냉매를 모두 사용하는 MCR 시스템(45)의 바람직한 양태가 하기에서 보다 상세히 논의되는 도 10에 제시되어 있다.
도 5에 있어서, 천연 가스 공급물 스트림은 라인(10)을 통해 시스템으로 도입된 다음, 천연 가스를 부분적으로 액화시키는 하나 이상의 열 교환기를 포함하는 공급물 냉각기(26)에 통과시킨다. 이 양태에서, 냉각은 바람직하게는 공기 또는 물을 사용하는 열 교환기에 의해 수행한다. 공급물 냉각기(26)은 냉각 냉매가 프로판, 프로필렌, 에탄, 이산화탄소 또는 다른 적합한 냉매인 통상의 폐 루우프 냉동 시스템(40)에 의해 임의로 냉동시킨다.
도 5에 도시된 폐 루우프 MCR 시스템(45)에 적합한 온도 및 압력의 한 예로서, 345 ㎪(50psia) 및 10℃(50℉)에서 라인(27)의 다중 성분 냉매는 각각 1207 ㎪(175psia)의 압력 및 13.3℃(56℉)의 온도를 갖는, 다중 성분 액체 스트림(18) 및 다중 성분 증기 스트림(21)을 생성하기 위한 MCR 시스템(45)에서의 통상적인 압축 및 냉각에 관한 것이다. 증기 스트림(21)은 냉각 영역(33a)에서 다시 냉각시키고, 냉각 영역(33b)에서 또 다시 냉각시켜 -99℃(-146℉)의 온도에서 냉각 영역(33b)로부터 배출되는 냉 스트림(23)을 생성한다. 그 다음에, 스트림(23)을 통상의 주울-톰슨 밸브(46)을 통해 팽창시켜 414 ㎪(60psia) 및 -108℃(-162℉)에서 스트림(24)를 생성한다. 이어서, 스트림(24)를 냉각 영역(33b)에서 가온한 다음, 10℃(50℉) 및 345 ㎪(50psia)에서 스트림(27)을 생성하기 위하여 냉각 영역(33a)에서 다시 가온한다. 스트림(18)을 냉각 영역(33a)에서 냉각시킨 다음에, 통상의 주울-톰슨 밸브(47)를 통하여 팽창시킨다. 팽창 밸브(47)로부터 배출되는 팽창된 유체는 스트림(25)와 합하고, 다시 순환시킨다. 이 양태는 비등 증기가 단지 MCR 증기만을 사용하여 다시 액화시키는 이점을 갖는다.
도 6은 도 2에 기술된 양태와 유사하되, 단 비등 증기는 열 교환기(33)의 별도의 냉각 영역에 의해 액화되는 대신에, 다중 성분 열 교환기(33)이 단지 하나의 냉각 영역(33a)을 가지며, 비등 증기는 천연 가스 스트림(16 및 13)과 혼합되는 본 발명의 또 다른 양태이다. 비등 증기(22)는 먼저 냉각 영역(33a)을 통과하여 열 교환기(33a)를 통과한 보다 따뜻한 스트림(17 및 18)에 대한 냉각을 제공한다. 냉각 영역(33a)로부터 배출된 후에, 스트림(22)의 일부는 임의로 PLNG 플랜트에 대하여 동력을 제공하기 위한 연료로서 회수될 수 있다(스트림 38). 스트림(22)의 다른 부분은 압축기(39)로 통과시켜 비등 가스를 대략 스트림(17)의 가스 압력으로 가압한다. 이어서, 압축기(39)로부터 배출되는 비등 가스(스트림 32)를 스트림(17)과 합한다. 이 양태는 저온 액체의 혼합이 필요치 않고, 도 2에 기술된 양태보다 간단한 작동일 수 있다.
도 7은 공급물 가스를 공급물 냉각기(26)에 의해 냉각시키고, 이러한 천연 가스를 냉매로서 다중 성분 액체(스트림 18) 및 다중 성분 증기(스트림 21)를 모두 사용하는 폐 루우프 냉동 시스템(45)에 의해 냉동되는 다중 성분 열 교환기(33)에서 액화시키는 본 발명의 또 다른 양태를 나타낸 것이다. 도 7의 공정은 도 5에 기술된 공정의 작동과 유사하되, 단 비등 가스(22)의 적어도 일부는 압축기(39)에 의해 대략 가스 스트림(16)의 압력으로 압축시키고, 압축된 비등 스트림(32)를 천연 가스 스트림(16)과 합한다. 그 다음에, 팽창 공정(30)으로부터의 증기, 분별화 플랜트(35)로부터의 증기 및 스트림(32)로부터의 비등 증기를 함유하는 스트림(17)을 열 교환기(33)의 냉각 영역(33a 및 33b)를 통과시켜 가스 스트림(17)를 액화시킴으로써 PLNG를 제조한다(스트림 19). 도 7를 참조하면, 스트림(22)의 일부는 바람직하게는 회수되어, 냉각 영역(33a 및 33b)를 통과하고, 연료로서 사용하기 위하여 열 교환기(33)로부터 배출된다(스트림 38).
도 2, 도 5, 도 6 및 도 7의 양태를 실행하는데 사용되는 바람직한 팽창 공정(30)은 도 8에 제시되어 있다. 도 8을 참조해 보면, 가스 스트림(11)은 두 개의 별도 스트림(100 및 101)로 나뉜다. 가스 스트림(100)은 라인(104)에서 차가운 잔류 가스에 의해 열 교환기(102)에서 냉각된다. 가스 스트림(101)은 메탄 제거기 액체가 메탄 제거기 칼럼(130)으로부터 이를 통하여 유동하는 측면 재비등 장치 열 교환기(105)에 의해 냉각시킨다. 냉각된 스트림(100 및 101)을 다시 합하고, 합한 스트림(103)은 통상의 상 분리기(106)으로 통과시킨다. 분리기(106)은 스트림(103)을 액체 스트림(107) 및 증기 스트림(108)로 나눈다. 증기 스트림(108)은, 예를 들면, 터보팽창기(109)에 의해 팽창되어 이의 압력을 감소시킨다. 이러한 팽창은 메탄 제거기 칼럼(80)의 상부 영역으로 공급되기 전에 가스를 추가로 냉각시킨다. 응축된 액체 스트림(107)은 주울-톰슨 밸브(110)을 통과시켜 메탄 제거기 칼럼(80)으로 통과시키기 전에 액체 스트림(107)을 팽창시키고, 다시 냉각시킨다.
메탄 제거기 칼럼(80)의 상부로부터 배출되는 잔류 가스를 열 교환기(102)로 전달하고, 팽창기(109)에 의해 적어도 일부가 동력화하는 압축기(111)을 통과시킨다. 팽창 공정(30)으로부터 배출되는 압축된 메탄이 풍부한 스트림(16)은 본 발명의 실행에 따라 다시 처리한다. 메탄 제거기는 주로 천연 가스 액체(NGL), 1급 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄 및 중질 탄화수소인 기저 액체 스트림(12)를 생성한다. 본 발명의 실행에 사용하기에 적합한 팽창 공정(30)의 다른 예는 미합중국 특허 제4,698,081호 및 문헌[참조: Gas Conditioning and Processing, Volume 3 of Advanced Techniques and Applications, John M. Campbell and Co., Tulsa, Oklahoma(1982)]에 기술되어 있다.
도 9는 도 1, 도 2, 도 3, 도 4 및 도 6에 제시된 양태에 사용하기 위한 바람직한 MCR 시스템(45)의 도식적 플로우 다이아그램을 나타낸 것이다. 도 9를 참조해 보면, 스트림(27)은 통상의 압축기(150)으로 도입되어 냉매를 압축시킨다. 압축기(150)으로부터, 압축된 스트림(151)을 스트림(151)을 통상의 상 분리기(153)으로 도입시키기 전에 공기 또는 수냉각기 등의 통상의 냉각기(152)를 통과시켜 냉각시킨다. 상 분리기(153)으로부터의 증기는 스트림(154)에 의해 압축기(155)로 통과시킨다. 압축기(155)로부터, 압축된 냉매 증기(스트림 156)는 통상의냉각기(157)에 의해 냉각시켜 냉각된 냉매 스트림(18)을 생성한다. 상 분리기(152)로부터의 액체 스트림(158)은 펌프(159)에 의해 대략 압축기(155)의 배출 압력과 동일한 압력으로 펌핑한다. 펌프(159)로부터 배출되는 가압된 액체(스트림 160)는 냉각기(157)에 의해 냉각시키기 전에 스트림(156)과 합한다.
도 10은 도 5 및 도 7에 제시된 양태에 사용하기에 바람직한 MCR 시스템(45)의 도식적 플로우 다이아그램이다. 도 10에 제시된 MCR 시스템은 도 9의 MCR 시스템과 유사하지만, 단 액체 냉매 스트림(160) 및 증기 스트림(156)을 합하고, 냉각기(157)에 의해 냉각시킨 후에, 냉각기(157)로부터 배출되는 냉각된 스트림을 통상의 상 분리기(161)로 통과시킨다. 분리기(161)로부터 배출되는 증기는 증기 스트림(21)이 되고, 분리기(161)로부터 배출되는 액체는 액체 스트림(18)이 된다.
모의 질량 및 에너지 밸런스는 도에 제시된 양태를 입증하기 위하여 수행하며, 결과는 하기의 표 1 내지 7에 제시되어 있다. 하기의 표에 제시된 데이터는 도 1 내지 도 7에 제시된 양태의 보다 나은 이해를 제공하기 위하여 제공되지만, 본 발명은 이로써 반드시 제한하고자 하는 것은 아니다. 표에 제시된 온도 및 유량은 본 발명으로 제한하고자 하는 것은 아니며, 이는 본 명세서의 교시에 비추어 온도 및 유량에 있어서의 많은 변환을 가질 수 있다. 표는 다음과 같이 도에 상응한다: 표 1은 도 1에 상응하고, 표 2는 도 2에 상응하며, 표 3은 도 3에 상응하고, 표 4는 도 4에 상응하며, 표 5는 도 5에 상응하고, 표 6은 도 6에 상응하며, 표 7은 도 7에 상응한다.
데이터는 HYSYSTM라 불리우는 시판 중인 공정 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 수득하지만, 예를 들면, HYSIMTM, PROIITM및 ASPEN PLUSTM를 포함하는, 다른 시판 중인 공정 시뮬레이션 프로그램이 데이터를 수득하는데 사용될 수 있으며, 이들 모두는 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 친숙한 것이다.
표 3에 제시된 데이터는 도 3에 제시된 양태가 공급물 스트림(10)을 냉각시키기 위하여 프로판 냉동 시스템(40)을 가지리라 예상된다.
도 3에 제시된 기본적인 공정 플로우 도식을 사용하고, 동일한 공급물 스트림 조성 및 온도를 사용하면, 통상의 LNG(대기압 근처 및 -160℃(-256℉)의 온도)를 제조하는데 필요한 전체 설비 동력은 도 3에 제시된 양태를 사용하여 PLNG를 제조하는데 필요한 전체 설비 동력의 2배 이상이다: PLNG를 제조하기 위한 89,040 ㎾(119,400 hp)에 대한 LNG를 제조하기 위한 185,680 ㎾(249,000 hp). 이러한 비교는 HYSYSTM공정 시뮬레이션을 사용하여 수행한다.
당해 분야의 숙련가, 특히 본 특허의 교시에 대한 이점을 갖는 사람은 상기 기술한 특정 공정에 대한 많은 변환 및 변형을 인지할 것이다. 예를 들면, 다양한 온도 및 압력이 시스템의 전체적인 디자인 및 공급물 가스의 조성에 따라, 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 또한, 공급물 가스 냉각 트레인이 최적의 효율적인 열 교환기 요건을 성취하기 위한 전반적인 디자인 요건에 따라 보충되거나 재배열될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 특별히 기술된 양태 및 실시예는 본 발명의범위를 한정하거나 제한하기 위하여 사용되어서는 안되며, 이는 하기의 청구의 범위 및 이들의 등가물에 의해 결정되어야 한다.

Claims (21)

  1. 가스 스트림을 폐 루우프 다중 성분 냉동 시스템에 의해 냉각시키는 열 교환기에서 가스 스트림을 액화시켜, 온도가 약 -112℃(-170℉) 이상이고 압력이 액체 생성물을 이의 기포점 또는 그 미만으로 존재하도록 하기에 충분한 메탄 풍부 액체 생성물을 생성시키는 단계 및 액체 생성물을 약 -112℃(-170℉) 이상의 온도에서 저장수단으로 도입시키는 단계를 포함하는, 메탄이 풍부한 가압 가스 스트림의 액화 방법.
  2. 제1항에 있어서, 액체 생성물을 저장수단으로 도입시키기 전에, 액체 스트림을 약 -112℃(-170℉) 이상의 온도와 액체 생성물을 이의 기포점 또는 그 미만으로 존재하도록 하기에 충분한 압력에서 생성시키는 팽창수단으로 액체 생성물의 압력을 감소시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 액화 천연 가스의 증발로부터 생성되며, 열 교환기에 의해 적어도 부분적으로 액화된 비등 가스(boil-off gas)를 열 교환기로 통과시키는 단계 및 액화된 비등 가스를 가압하여, 온도가 약 -112℃(-170℉) 이상이고 압력이 액체 생성물을 이의 기포점 또는 그 미만으로 존재하도록 하기에 충분한 가압된 비등 가스를 생성시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 열 교환기가 제1 냉각 영역과 제1 냉각 영역보다 낮은 온도에서 작동하는 제2 냉각 영역을 포함하고, 제1항의 가스 스트림을 제1 냉각 영역으로 통과시켜 액화시키며, 비등 가스를 제2 냉각 영역으로 통과시켜 액화시키는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 비등 가스를 열 교환기로 통과시키기 전에, 비등 가스의 일부를 회수하는 단계, 회수된 비등 가스의 일부를 제1 냉각 영역으로 통과시켜 회수된 비등 가스를 가온하며 가스 스트림을 열 교환기에서 냉각시키는 단계 및 가온한 회수된 비등 가스를 연료로서 사용하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 액화 천연 가스의 증발로부터 생성된 비등 가스를 열 교환기로 공급되는 가스 스트림의 압력과 근사한 압력으로 압축시키는 단계 및 압축된 비등 가스를 가스 스트림이 열 교환기를 통과하기 전에 가스 스트림과 합하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 액화 천연 가스의 증발로부터 생성된 비등 가스를 열 교환기로 통과시켜 비등 가스를 냉각시키는 단계, 비등 가스를 압축시키는 단계, 압축된 비등 가스를 가스 스트림과 합하는 단계 및 합한 비등 가스와 가스 스트림을 열 교환기로 통과시켜 액화시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 비등 가스를 열 교환기를 통해 통과시킨 후에, 그리고 냉각된 비등 가스를 압축시키기 전에, 비등 가스의 일부를 회수하는 단계 및 회수된 부분을 연료로서 사용하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제3항에 있어서, 열 교환기가 제1 냉각 영역, 제2 냉각 영역 및 제3 냉각 영역을 포함하고, 제2 냉각 영역은 제1 냉각 영역의 온도보다 낮고, 제3 냉각 영역의 온도보다 높은 온도에서 작동하며, 비등 가스를 제3 냉각 영역으로 통과시켜 비등 가스를 액화시키는 단계, 제3 냉각 영역을 통과하는 비등 가스의 일부를 회수하는 단계, 회수된 비등 가스를 제2 냉각 영역으로 통과시켜 회수된 비등 가스를 가온하는 단계 및 가온한 회수된 비등 가스를 연료로서 사용하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 가스 스트림이 메탄과 메탄보다 무거운 탄화수소 성분을 함유하고, 중질 탄화수소의 대부분을 분별화로 제거하여, 메탄이 풍부한 증기 스트림과 중질 탄화수소가 풍부한 액체 스트림을 생성시키고, 증기 스트림을 열 교환기로 액화시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 중질 탄화수소가 풍부한 액체 스트림을 추가로 분별화하여, 제7항의 메탄이 풍부한 스트림과 합쳐지는 에탄이 풍부한 증기를 생성시키는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 공급물 스트림을 공급물 스트림의 분별화 전에 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 열 교환기가 제1 냉각 영역과 제2 냉각 영역을 포함하고, 제1 냉각 영역이 다중 성분 액체 냉매를 제1 냉각 영역을 통과시켜 액체 냉매를 냉각시키고, 액체 냉매를 압력 팽창수단으로 통과시켜 액체 냉매의 온도를 추가로 저하시킨 다음, 팽창수단으로부터의 냉매를 제1 냉각 영역으로 통과시킴으로써 냉각되며, 다중 성분 증기 냉매를 제1 냉각 영역과 제2 냉각 영역으로 통과시켜 이의 온도를 저하시키는 단계, 냉각된 증기 냉매를 팽창수단을 통하여 통과시키는 단계, 팽창된 냉매를 제2 냉각 영역에 이어서 제1 냉각 영역으로 통과시키는 단계, 및 가스 스트림을 제1 냉각 영역과 제2 냉각 영역을 통과시켜 액화시켜, 온도가 약 -112℃(-170℉) 이상이고 압력이 액체 생성물을 이의 기포점 또는 그 미만으로 존재하도록 하기에 충분한 액체 생성물을 생성시키는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    가스 스트림을 냉각시켜 가스 스트림의 부분적 액화를 수행하는 단계(a),
    부분적으로 응축된 가스 스트림을 메탄보다 무거운 탄화수소가 풍부한 액체와 메탄이 풍부한 증기 스트림으로 분리하는 단계(b),
    액화된 부분을 하나 이상의 분별화 칼럼에서 분별화하여 에탄이 풍부한 증기 스트림과 에탄보다 무거운 탄화수소가 풍부한 액체 스트림을 생성시키고, 액체 스트림을 공정으로부터 제거하는 단계(c),
    메탄이 풍부한 증기 스트림과 에탄이 풍부한 증기 스트림을 합하고, 합한 스트림을 제1항의 열 교환기로 통과시켜 합한 스트림을 액화시키는 단계(d) 및
    합한 액체 스트림을 저장수단으로 도입시키기 전에, 약간 냉각된 액체의 적어도 일부를 팽창시켜, 온도가 약 -112℃(-170℉) 이상이고 압력이 액체 생성물을 이의 기포점 또는 그 미만으로 존재하도록 하기에 충분한 액체 생성물을 제조하는 단계(e)를 추가로 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 단계(a)에서의 천연 가스 스트림의 냉각이 폐 루우프 프로판 냉동 시스템에 의해 적어도 부분적으로 제공되는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 액화된 천연 가스의 증발로부터 생성되는 비등 증기를 열 교환기로 통과시켜, 온도가 약 -112℃(-170℉) 이상이고 압력이 액체 생성물을 이의 기포점 또는 그 미만으로 존재하도록 하기에 충분한 제2 액화 천연 가스 스트림을 생성시키는 단계 및, 제2 액화 천연 가스 스트림을 제14항의 단계(e)의 팽창된 액화 가스와 합하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 단계(d)의 열 교환기가 제1 냉각 영역과 제1 냉각 영역보다 낮은 온도에서 작동하는 제2 냉각 영역을 포함하며, 제14항의 단계(b) 및 단계(c)의 메탄이 풍부한 스트림은 제1 냉각 영역으로 통과하고, 액화 천연 가스의 증발로부터 생성되는 온도 약 -112℃(-170℉) 이상의 비등 증기는 제2 냉각 영역으로 통과하여 액화되는 방법.
  18. 제10항에 있어서, 가스 스트림이 약 0 내지 약 50℃의 승온 범위와 약 2758 내지 약 8274 ㎪(400 내지 1200psia)의 승압 범위에서 공정으로 도입되고, 공정에 의해 제조된 액화 생성물이 약 1724㎪(250psia)보다 큰 압력과 약 -112℃(-170℉) 이상의 온도에서 유지되는 방법.
  19. 제1항에 있어서, 다중 성분 냉동 시스템이 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 이산화탄소, 황화수소 및 질소를 포함하는 냉매를 갖는 방법.
  20. 천연 가스 스트림을 세 개의 냉각 영역을 포함하는 다중 성분 열 교환기(여기서, 제2 냉각 영역은 제1 냉각 영역보다 낮은 온도와 제3 냉각 영역보다 높은 온도에서 작동한다)의 제1 냉각 영역으로 통과시키는 단계(a),
    냉각된 천연 가스 공급물 스트림을 분별화하여 중질 탄화수소 스트림으로부터 메탄이 풍부한 스트림을 분리하는 단계(b),
    중질 탄화수소 스트림을 분별화하여 에탄이 풍부한 스트림과 에탄보다 무거운 탄화수소를 함유하는 스트림을 생성시키고, 에탄보다 무거운 탄화수소를 공정으로부터 제거하는 단계(c),
    단계(b)의 메탄이 풍부한 스트림과 단계(c)의 에탄이 풍부한 스트림을 합하고, 합한 스트림을 다중 성분 냉동 시스템의 제2 냉각 영역으로 통과시킨 다음, 합한 스트림을 냉각시켜 약간 냉각된 응축물을 생성시키는 단계(d),
    약간 냉각된 응축물의 적어도 일부를 팽창시켜, 압력이 약 1724㎪(250psia)보다 높고 온도가 약 -112℃(-170℉) 이상인 액화 천연 가스를 제공하는 단계(e) 및
    저장 용기에 함유된 액화 천연 가스의 증발로부터 생성되는 다중 성분 냉동 시스템 가스를 제3 냉각 영역으로 통과시켜 제2 액화 천연 가스 스트림을 생성시키고, 제2 액화 천연 가스 스트림을 단계(e)에서 제조된 액화 천연 가스와 합하는 단계(f)를 포함하여, 메탄, 프로판 및 중질 탄화수소를 포함하는 천연 가스 스트림을 액화시켜, 압력이 약 1724㎪(250psia)보다 높고 온도가 약 -112℃(-170℉) 이상인 액화 천연 가스를 제조하는 방법.
  21. 천연 가스 스트림을 프로판 냉동 시스템으로 냉각시키는 단계(a),
    냉각된 천연 가스 스트림을 분별화하여 메탄이 풍부한 스트림과 중질 탄화수소 스트림을 분리하는 단계(b),
    중질 탄화수소 스트림을 분별화하여 에탄이 풍부한 스트림과 에탄보다 무거운 탄화수소를 함유하는 하나 이상의 스트림을 생성시키고, 에탄보다 무거운 탄화수소를 공정으로부터 제거하는 단계(c),
    단계(b)의 메탄이 풍부한 스트림과 단계(c)의 에탄이 풍부한 스트림을 합하고, 합한 스트림을, 합한 메탄이 풍부한 스트림 및 에탄이 풍부한 스트림과 관련이 있는 열 교환기에서 다중 성분 액체와 다중 성분 증기에 의해 냉동되는 제1 냉각 영역을 갖는 다중 성분 냉동 시스템의 제1 냉각 영역으로 통과시켜 약간 냉각된 응축물을 생성시키는 단계(d),
    약간 냉각된 응축물의 적어도 일부를 팽창시켜, 압력이 약 1724 ㎪(250psia)보다 높고 온도가 약 -112℃(-170℉) 이상인 액화 천연 가스를 제공하는 단계(e) 및
    저장 용기에 함유된 액화 천연 가스의 증발로부터 생성되는 다중 성분 냉동 시스템 가스를 제2 냉각 영역으로 통과시켜 제2 액화 천연 가스 스트림을 생성시키고, 제2 액화 천연 가스 스트림을 단계(e)에서 제조된 액화 천연 가스와 합하는 단계(f)를 포함하여, 메탄, 프로판 및 중질 탄화수소를 포함하는 천연 가스 스트림을 액화시켜, 압력이 약 1724㎪(250psia)보다 높고 온도가 약 -112℃(-170℉) 이상인 액화 천연 가스를 제조하는 방법.
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