KR100381109B1 - 혼합 냉매를 중간 온도에서 부분적으로 응축시키는 기체액화 방법 - Google Patents

혼합 냉매를 중간 온도에서 부분적으로 응축시키는 기체액화 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100381109B1
KR100381109B1 KR10-2000-0059688A KR20000059688A KR100381109B1 KR 100381109 B1 KR100381109 B1 KR 100381109B1 KR 20000059688 A KR20000059688 A KR 20000059688A KR 100381109 B1 KR100381109 B1 KR 100381109B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mixed refrigerant
heat exchange
cooling
liquid
temperature
Prior art date
Application number
KR10-2000-0059688A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20010067317A (ko
Inventor
아그라왈라케쉬
도어티타마라린
로버츠마크줄리안
Original Assignee
에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 filed Critical 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
Publication of KR20010067317A publication Critical patent/KR20010067317A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100381109B1 publication Critical patent/KR100381109B1/ko

Links

Classifications

    • 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
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • 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
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural 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
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F25J1/0055—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream originating from an incorporated cascade
    • 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
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F25J1/0057—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream after expansion of the liquid refrigerant stream with extraction of work
    • 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
    • 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
    • F25J1/0211—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 using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0214—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 using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle
    • 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
    • F25J1/0211—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 using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0214—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 using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle
    • F25J1/0215—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 using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one SCR cycle
    • F25J1/0216—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 using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one SCR cycle using a C3 pre-cooling cycle
    • 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
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0235—Heat exchange integration
    • F25J1/0237—Heat exchange integration integrating refrigeration provided for liquefaction and purification/treatment of the gas to be liquefied, e.g. heavy hydrocarbon removal from natural gas
    • F25J1/0238—Purification or treatment step is integrated within one refrigeration cycle only, i.e. the same or single refrigeration cycle provides feed gas cooling (if present) and overhead gas cooling
    • 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
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0235—Heat exchange integration
    • F25J1/0237—Heat exchange integration integrating refrigeration provided for liquefaction and purification/treatment of the gas to be liquefied, e.g. heavy hydrocarbon removal from natural gas
    • F25J1/0239—Purification or treatment step being integrated between two refrigeration cycles of a refrigeration cascade, i.e. first cycle providing feed gas cooling and second cycle providing overhead gas cooling
    • 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
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0235—Heat exchange integration
    • F25J1/0237—Heat exchange integration integrating refrigeration provided for liquefaction and purification/treatment of the gas to be liquefied, e.g. heavy hydrocarbon removal from natural gas
    • F25J1/0239—Purification or treatment step being integrated between two refrigeration cycles of a refrigeration cascade, i.e. first cycle providing feed gas cooling and second cycle providing overhead gas cooling
    • F25J1/0241—Purification or treatment step being integrated between two refrigeration cycles of a refrigeration cascade, i.e. first cycle providing feed gas cooling and second cycle providing overhead gas cooling wherein the overhead cooling comprises providing reflux for a 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
    • 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
    • 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
    • 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.
    • F25J1/0296—Removal of the heat of compression, e.g. within an inter- or afterstage-cooler against an ambient heat sink
    • 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
    • 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
    • F25J2205/90—Mixing of components
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

본 발명은 냉각과 액화에 필요한 냉각 작용이, 별개의 냉각 시스템에 의해 예비 냉각되는 혼합 냉매 시스템에 의해 제공되는 액화 천연 가스(LNG)의 생산 방법에 관한 것이다. 상기 혼합 냉매가 최종적인 최고 압력에서 응축되는 경우에는, 예비 냉각 시스템에 의해 제공되는 최저 온도보다 높은 온도에서 상기 혼합 냉매를 부분적으로 응축시키고 분리함으로써 하나 이상의 액체의 흐름이 유도된다. 상기 혼합 냉매가 상기 최종적인 최고 압력보다 낮은 압력에서 응축되는 경우에는, 이 응축은 예비 냉각 시스템에 의해 제공되는 최저 온도 이상의 온도에서 이루어진다. 상기 혼합 냉매 액체는 예비 냉각 시스템에 의해 제공되는 온도보다 낮은 온도에서 냉각 작용을 제공하는 데에 사용된다.

Description

혼합 냉매를 중간 온도에서 부분적으로 응축시키는 기체 액화 방법{GAS LIQUEFACTION PROCESS WITH PARTIAL CONDENSATION OF MIXED REFRIGERANT AT INTERMEDIATE TEMPERATURES}
천연 가스를 외딴 곳에서 액화하고, 이 액화된 천연 가스(liquefied natural gas, LNG)를 인구 밀집 지역으로 운반하고, 각 지역에서의 소비를 위해 LNG를 저장하고 기화시키는 작업이 다년간 전세계적으로 성공적으로 행하여져 왔다. LNG의 생산지는 최종 소비자에게 LNG를 운반하는 대규모 LNG 유조선을 위한 접안 설비가 갖추어져 있는 외딴 곳의 육지에 주로 위치한다.
LNG 생산에 있어서 LNG의 액화에 필요한 대규모의 냉각 요건을 충족시키기 위해서 수많은 공정 사이클이 개발되어 왔다. 그러한 공정 사이클은 주로 하나 이상의 혼합 냉매(mixed refrigerant, MR) 시스템과 함께 작동되는, 프로판 냉매나 단일의 클로로플루오르카본 냉매를 사용하는 단일 성분 냉매 시스템의 조합을 이용한다. 잘 알려진 혼합 냉매 시스템은 전형적으로 경질 탄화수소와, 선택적으로는 질소를 함유하며, 특정 공정 단계의 온도와 압력 수준에 맞춰진 조성을 이용한다. 그리고, 2중 혼합 냉매 사이클도 또한 사용되어 왔는데, 이 사이클에서는 제1 혼합 냉매가 보다 높은 온도의 초기 냉각 작용을 제공하고, 제2 혼합 냉매가 보다 낮은온도의 추가 냉각 작용을 제공한다.
미국 특허 제3,763,658호에는, 제2 혼합 성분 냉각 회로를 예비 냉각하는 제1 프로판 냉각 회로를 사용하는 LNG 생산 시스템에 관하여 설명되어 있다. 상기 제1 프로판 냉각 회로에 의한 예비 냉각의 최종 단계 이후에, 상기 제2 혼합 성분 냉각 회로로부터의 혼합 냉매는 액체의 흐름과 증기의 흐름으로 분리된다. 이 액체의 흐름은 중간 온도로 과냉각되고, 스로틀 밸브를 통해서 분출되어 증발함으로써 냉각 작용을 제공한다. 이러한 과정에 따른 증기의 흐름은 액화되고, 상기 중간 온도보다 낮은 온도로 과냉각되며, 스로틀 밸브를 통해서 분출되어 증발함으로써 냉각 작용을 제공하는 동시에 공급물을 최종적으로 냉각한다.
미국 특허 제4,065,278호에 기재되어 있는 또 다른 LNG 생산 시스템에서는, 제1 프로판 냉각 회로를 사용해서 제2 혼합 성분 냉각 회로를 예비 냉각한다. 상기 제1 프로판 냉각 회로에 의한 예비 냉각의 최종 단계 후에, 상기 제2 혼합 성분 냉각 회로로부터의 혼합 냉매는 액체의 흐름과 증기의 흐름으로 분리된다. 분리된 액체의 흐름은 중간 온도로 과냉각되고, 밸브를 통해서 분출되어 증발함으로써 냉각 작용을 제공한다. 분리된 증기의 흐름은 액화되고, 상기 중간 온도보다 낮은 온도로 과냉각되며, 스로틀 밸브를 통해서 분출되어 증발함으로써 냉각 작용을 제공하는 동시에 공급물을 최종적으로 냉각한다. 이 공정과 앞서 인용한 미국 특허 제3,763,658호와의 차이점은, 무거운 성분의 제거를 위한 공급물의 증류가 상기 제1 프로판 냉각 회로에 의해 제공되는 온도보다 낮은 온도에서, 그리고 공급물의 압력보다 실질적으로 낮은 압력에서 이루어진다는 점이다.
미국 특허 제4,404,008호에는, 제1 프로판 냉각 회로를 이용해서 제2 혼합 성분 냉각 회로를 예비 냉각하는 LNG 생산 시스템에 관하여 설명되어 있다. 상기 제1 프로판 냉각 회로에 의한 예비 냉각의 최종 단계 후에, 상기 제2 혼합 성분 냉각 회로로부터의 혼합 냉매는 액체의 흐름과 증기의 흐름으로 분리된다. 분리된 액체의 흐름은 중간 온도로 과냉각되고, 밸브를 통해서 분출되어 증발함으로써 냉각 작용을 제공한다. 분리된 증기의 흐름은 액화되고, 상기 액체의 흐름의 중간 온도보다 낮은 온도로 과냉각되며, 스로틀 밸브를 통해서 분출되어 증발함으로써 냉각 작용을 제공하는 동시에 공급물을 최종적으로 냉각한다. 이 선행 기술과 앞서 인용한 미국 특허 제3,763,658호와의 차이점은, 제2 혼합 성분 냉각 회로에 있어서 혼합 냉매의 냉각과 부분적 응축이 압축 단계들 사이에서 일어난다는 점이다. 결과적인 액체의 흐름과 증기의 흐름은 제1 프로판 냉각 회로의 최저 온도보다 높은 온도에서 재결합되고, 이 결합된 혼합 냉매의 흐름은 제1 프로판 냉각 회로에 의해서 추가 냉각된다.
또 다른 LNG 생산 시스템이 미국 특허 제4,274,849호에 개시되어 있는데, 이 시스템에서는 제1 혼합 성분 냉각 회로를 이용해서 제2 혼합 성분 냉각 회로를 예비 냉각한다. 제1 혼합 성분 냉각 회로에 의한 예비 냉각의 최종 단계 후에, 제2 혼합 성분 냉각 회로로부터의 혼합 냉매는 액체의 흐름과 증기의 흐름으로 분리된다. 분리된 액체의 흐름은 중간 온도로 과냉각되고, 스로틀 밸브를 통해서 분출되어 증발함으로써 냉각 작용을 제공한다. 분리된 증기의 흐름은 액화되고, 상기 액체의 흐름의 중간 온도보다 낮은 온도로 과냉각되며, 스로틀 밸브를 통해서 분출되어 증발함으로써 냉각 작용을 제공하는 동시에 공급물을 최종적으로 냉각한다. 이 인용 특허의 도 7에는, 예비 냉각 후의 제2 냉매로부터 분리된 증기가 제1 혼합 성분 냉각 회로에 의해 제공되는 온도보다 낮은 온도로 냉각되며, 그리고 액체의 흐름과 증기의 흐름으로 분리된다.
미국 특허 제4,539,028호에는 제1 혼합 성분 냉각 회로를 이용해서 제2 혼합 성분 냉각 회로를 예비 냉각하는 LNG 생산 시스템에 관하여 기재되어 있다. 제1 혼합 성분 냉각 회로에 의한 예비 냉각의 최종 단계 후에, 제2 혼합 성분 냉각 회로로부터의 혼합 냉매는 액체의 흐름과 증기의 흐름으로 분리된다. 분리된 액체의 흐름은 중간 온도로 과냉각되고, 스로틀 밸브를 통해서 분출되어 증발함으로써 냉각 작용을 제공한다. 분리된 증기의 흐름은 액화되고, 상기 중간 온도보다 낮은 온도로 과냉각되며, 스로틀 밸브를 통해서 분출되어 증발함으로써 냉각 작용을 제공하는 동시에 공급물을 최종적으로 냉각한다. 이 특허와 앞서 인용한 미국 특허 제4,274,849호와의 차이점은, 제2 냉매가 2개의 상이한 압력에서 증발함으로써 냉각 작용을 제공한다는 점이다.
전술한 바와 같은 오늘날의 기술 상황은 과냉각된 혼합 냉매의 흐름을 증발시킴으로써 천연 가스의 액화에 필요한 냉각 작용을 제공하는 것을 설명하는데, 여기에서 과냉각된 혼합 냉매의 흐름을 분출·증발시킴으로써 발생하는 냉각의 일부에 의하여 과냉각 작용이 제공된다. 혼합 냉매의 흐름을 냉각하고, 또한 공급되는 천연 가스를 냉각하는 데에 필요한 냉각 작용은, 주열교환 구역에서 혼합 냉매의흐름을 증발시킴으로써 얻게 된다. 압축 중 및/또는 압축 후의 혼합 냉매의 냉각은 프로판과 같은 개별 냉매에 의해 제공된다.
기체 액화 공정의 향상된 효율은 매우 요망되는 것으로서 기체 액화 기술 분야에서 개발되는 새로운 사이클의 일차적인 목적이다. 이하에서 상세히 설명되고 청구 범위에 의해 정의되는 본 발명의 목적은, 주열교환 구역 내에 추가적인 증발 냉매의 흐름을 제공함으로써 액화 효율을 향상시키는 것이다. 액화 효율을 향상시키는 이 개선된 냉각 공정의 적용을 위한 다양한 실시예를 이하에서 상세히 설명하겠다.
도 1은 선행 기술의 대표적인 액화 공정의 개략적인 흐름도.
도 2는 압축된 혼합 냉매가 제2 냉매와의 1단계 열교환을 통해 냉각된 후 중간 온도에서 부분적으로 응축되는 본 발명의 하나의 실시예의 개략적인 흐름도.
도 3은 압축된 혼합 냉매가 제2 냉매와의 3단계 열교환을 통해 냉각된 후 중간 온도에서, 그리고 압축된 혼합 냉매 증기의 최종 압력보다 낮은 중간 압력에서 응축되는 본 발명의 또 다른 실시예의 개략적인 흐름도.
도 4는 중간 혼합 냉매의 증기 및 액체의 흐름이 제2 냉매와의 3단계 열교환을 통해 추가로 냉각되는 본 발명의 또 다른 실시예의 개략적인 흐름도.
도 5는 압축된 혼합 냉매가 제2 냉매와의 2단계 열교환을 통해서 냉각된 후 중간 온도에서 부분적으로 응축되는 본 발명의 또 다른 실시예의 개략적인 흐름도.
도 6은 중간 혼합 냉매의 증기 및 액체의 흐름이 제2 냉매와의 4단계 열교환을 통해 추가로 냉각되는 본 발명의 또 다른 실시예의 개략적인 흐름도.
도 7은 공급 기체가 제2 냉매와의 3단계 열교환을 통해 예비 냉각되는 본 발명의 또 다른 실시예의 개략적인 흐름도.
도 8은 압축된 혼합 냉매를 2단계로 부분적으로 응축시킴으로써, 결합된 액체 혼합 냉매의 흐름을 생성하는 본 발명의 또 다른 실시예의 개략적인 흐름도.
도 9는 압축된 혼합 냉매를 2단계로 부분적으로 응축시킴으로써 주열교환 구역에 2개의 과냉각된 액체 냉매를 제공하는 본 발명의 또 다른 실시예의 개략적인 흐름도.
도 10은 압축된 혼합 냉매를 2단계로 부분적으로 응축시키고, 그 중 제2 단계는 주열교환 구역의 혼합 냉매에 의해 제공되는 냉각 작용을 이용하는 본 발명의 또 다른 실시예의 개략적인 흐름도.
도 11은 혼합 냉매가 주열교환 구역 내에서 2개의 상이한 압력에서 증발되는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 개략적인 흐름도.
도 12는 혼합 냉매 회로에 의해 예비 냉각이 이루어지는 본 발명의 또 다른 실시예의 개략적인 흐름도.
도 13은 2개의 냉매 압력 수준을 갖는 혼합 냉매 회로에 의해 예비 냉각이 이루어지는 본 발명의 또 다른 실시예의 개략적인 흐름도.
도 14는 혼합 냉매를 단일 단계에서 부분적으로 응축시키는 본 발명의 또 다른 실시예의 개략적인 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 천연 가스
102: 전처리부
106, 108, 114, 236, 246, 248, 250, 252: 프로판 교환기
110: 세척탑
219, 225, 228, 278: 냉각 회로
220: 열교환기
276, 280, 284: 스토틀 밸브
본 발명은 공급 기체의 액화를 위한 냉각 작용을 제공하는 방법으로서, 다음 단계들을 포함한다.
(1) 제1 온도와 이 제1 온도보다 낮은 제2 온도와의 사이의 온도 범위의 냉각 작용을 제공하는 제1 재순환 냉각 회로를 사용해서 냉각 작용을 제공하는 단계;
(2) 상기 제1 재순환 냉각 회로가 상기 제1 온도와 제2 온도 사이의 온도 범위의 냉각 작용을 제공하는 제2 재순환 냉각 회로를 이용해서 상기 제2 온도와 이 제2 온도보다 낮은 제3 온도와의 사이의 온도 범위의 냉각 작용을 제공하는 단계;
(3) 상기 제2 재순환 냉각 회로 중의 혼합 냉매를 최종적인 최고 압력으로 압축하는 단계;
(4) 상기 제2 재순환 냉각 회로로부터의 혼합 냉매의 적어도 일부를 부분적으로 응축시키고, 그 결과 부분적으로 응축된 혼합 냉매를 하나 이상의 액체 냉매의 흐름과 하나 이상의 증기 냉매의 흐름으로 분리하는 단계;
(5) 상기 하나 이상의 액체 냉매의 흐름을 상기 제2 온도보다 낮은 온도로 과냉각하고, 이 과냉각된 액체 냉매의 흐름을 감압시키고, 공급 기체의 액화를 위한 상기 제2 온도와 상기 제3 온도 사이의 냉각 작용의 적어도 일부를 제공하기 위해서 상기 감압된 액체 냉매의 흐름을 증발시키는 단계.
상기 압축된 냉매를 부분적으로 응축시키는 단계가 상기 최종적인 최고 압력보다 낮은 압력에서 행하여지는 경우에는, 이 단계를 상기 제2 온도 이상의 온도에서 행한다. 상기 압축된 냉매를 부분적으로 응축시키는 단계가 상기 최종적인 최고 압력과 거의 동일한 압력에서 행하여지는 경우에는, 이 단계를 상기 제2 온도보다 높은 온도에서 행한다.
공급 기체의 액화를 위한 상기 제2 온도와 제3 온도 사이의 냉각 작용은 주열교환 구역 내에서 증발하는 혼합 냉매와의 간접 열교환에 의해서 제공될 수 있다. 이 증발하는 혼합 냉매는 다음 단계들에 의해 제공된다.
(a) 혼합 냉매 증기를 제1 압력으로 압축하는 단계;
(b) 이 압축된 혼합 냉매 증기를 냉각하고, 부분적으로 응축시키고, 분리함으로써 제1 혼합 냉매의 증기 분류와 제1 혼합 냉매의 액체 분류를 얻는 단계;
(c) 상기 제1 혼합 냉매의 액체 분류를 과냉각해서 제1 과냉각 혼합 냉매 액체를 얻는 단계;
(d) 상기 제1 과냉각 혼합 냉매 액체를 감압시키고, 이 감압된 혼합 냉매 액체를 주열교환 구역에서 증발시킴으로써, 상기 주열교환 구역 내에서 공급 기체를냉각 및 응축시키는 증발용 혼합 냉매를 제공하는 단계;
(e) 상기 주열교환 구역으로부터 증발된 혼합 냉매의 흐름을 취출해서, (a) 단계의 혼합 냉매 증기의 적어도 일부를 제공하는 단계.
그리고, (c) 단계의 과냉각에 필요한 냉각 작용의 적어도 일부는 (d) 단계에 있어서 상기 주열교환 구역 중의 감압된 혼합 냉매를 증발시킴으로써 제공될 수 있다. (c) 단계의 과냉각에 필요한 냉각 작용의 적어도 일부는, 상기 주열교환 구역 외부에 위치하는 하나 이상의 추가적인 냉매의 흐름과의 간접 열교환에 의해서 제공될 수 있다. 상기 하나 이상의 추가적인 냉매의 흐름은 단일 성분 냉매 또는 다중 성분 냉매를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 공급 기체의 액화를 위한 냉각 작용을 제공하는 방법은, 상기 제1 혼합 냉매의 증기 분류를 부분적으로 응축시키고 분리함으로써 제2 혼합 냉매 증기와 제2 혼합 냉매 액체를 얻는 단계와, 이 제2 혼합 냉매 액체를 주열교환 구역 내에서 증발하는 혼합 냉매와의 간접 열교환에 의해서 과냉각하는 단계와, 이 과냉각된 제2 혼합 냉매 액체를 감압시키는 단계와, 이 감압된 제2 혼합 냉매의 흐름을 상기 주열교환 구역에서 증발시킴으로써, 상기 주열교환기 내에 추가적인 증발용 혼합 냉매를 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 공급 기체의 액화를 위한 냉각 작용을 제공하는 방법은, 상기 제2 혼합 냉매 증기를 주열교환 구역 내에서 증발하는 혼합 냉매와의 간접 열교환에 의해서 응축시키고 과냉각하는 단계와, 이 응축되고 과냉각된 제2 혼합 냉매 증기를 감압시키는 단계와, 이 감압된 제2 혼합 냉매의 흐름을 주열교환구역에서 증발시킴으로써, 주열교환기 내에 추가적인 증발용 혼합 냉매를 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
전형적으로는, (b) 단계에 있어서의 냉각과 부분적인 응축에 필요한 냉각 작용의 적어도 일부는 주열교환 구역 외부에 위치하는 하나 이상의 추가적인 냉매의 흐름과의 간접 열교환에 의해서 제공될 수 있다. 이 하나 이상의 추가적인 냉매의 흐름 중 하나 이상의 흐름은 단일 성분 냉매 또는 다중 성분 냉매를 포함할 수 있다.
공급 기체를 냉각하는 데에 필요한 냉각 작용의 일부는 상기 주열교환 구역 외부에 위치하는 하나 이상의 추가적인 냉매의 흐름과의 간접 열교환에 의해서 제공될 수 있다. 이 하나 이상의 추가적인 냉매의 흐름은 단일 성분 냉매 또는 다중 성분 냉매를 포함할 수 있다.
공급 기체는 메탄과, 메탄보다 무거운 하나 이상의 탄화수소를 포함할 수 있고, 이 경우에 본 발명에 따른 공급 기체의 액화를 위한 냉각 작용을 제공하는 방법은 다음 단계들을 추가로 포함할 수 있다.
(e) 공급 기체를 추가적인 냉매의 흐름과 간접적으로 열교환시킴으로써 예비 냉각하는 단계;
(f) 이 예비 냉각된 공급 기체를 메탄보다 무거운 탄화수소가 풍부한 희박한 세척액이 들어있는 세척탑 내로 도입하는 단계;
(g) 상기 세척탑의 바닥으로부터 메탄보다 무거운 탄화수소가 풍부한 흐름을 취출하는 단계;
(h) 상기 세척탑의 상부로부터 메탄과, 메탄보다 무거운 잔류 탄화수소를 함유하는 상부 흐름을 취출하는 단계;
(i) 상기 상부 흐름을 주열교환 구역에서 냉각해서 메탄보다 무거운 잔류 탄화수소를 응축시키는 단계;
(j) 그 결과 냉각된 상부 흐름을 분리해서 메탄이 풍부한 순수한 제품과, 메탄보다 무거운 탄화수소가 풍부한 흐름을 얻는 단계;
(k) 상기 메탄보다 무거운 탄화수소가 풍부한 흐름의 적어도 일부를 이용해서 (f) 단계의 희박한 세척액을 제공하는 단계.
그리고, 상기 제1 혼합 냉매의 증기 분류는 (b) 단계에서의 분리 후에 압축될 수 있다. 또한, (b) 단계에서 상기 압축된 제1 혼합 냉매 증기를 냉각하고 부분적으로 응축시키는 것은 주위 온도의 유체와 간접 열교환에 의해 행할 수 있다. 또한, 상기 제1 혼합 냉매 액체의 일부는 상기 제1 압력으로 압축된 혼합 냉매 증기와 혼합될 수 있다.
선택적으로는, (b) 단계에서의 상기 제1 혼합 냉매의 증기의 일부는 추가로 냉각하고, 부분적으로 응축시키고, 분리함으로써 상기 제1압력으로 압축된 혼합 냉매 액체와 결합되는 추가적인 혼합 냉매 액체를 얻을 수 있다. 그리고, 상기 제1 혼합 냉매의 증기 분류를 냉각하고 부분적으로 응축시키는 데에 필요한 냉각 작용의 일부는 주열교환 구역 내에서 증발하는 혼합 냉매와의 간접 열교환에 의해서 제공될 수 있다.
상기 제1 압력으로 압축된 혼합 냉매 액체는 과냉각 후에 상기 주열교환 구역에서 제1 압력에서 증발되고, 상기 제2 압력으로 압축된 혼합 냉매 액체는 과냉각 후에 주열교환 구역에서 제2 압력에서 증발될 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 공급 기체의 액화를 위한 냉각 작용을 제공하는 방법은, 상기 제2 혼합 냉매 증기를 주열교환 구역에서 증발하는 혼합 냉매와의 간접 열교환에 의해서 응축시키고 과냉각하는 단계와, 이 응축되고 과냉각된 제2 혼합 냉매 증기를 제2 압력으로 감압시키는 단계와, 이 감압된 혼합 냉매 액체를 주열교환 구역에서 증발시킴으로써 상기 주열교환 구역에 추가적인 증발용 혼합 냉매를 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제2 재순환 냉각 회로의 작동에는 다음 단계들이 포함될 수 있다.
(a) 혼합 냉매 증기를 제1 압력으로 압축하는 단계;
(b) 이 압축된 혼합 냉매 증기를 냉각하고, 부분적으로 응축시키고, 분리함으로써 혼합 냉매의 증기 분류와 혼합 냉매의 액체 분류를 얻는 단계;
(c) 상기 혼합 냉매의 액체 분류를 과냉각해서, 과냉각된 혼합 냉매 액체를 얻는 단계;
(d) 이 과냉각된 혼합 냉매 액체를 감압시키고, 이 감압된 혼합 냉매 액체를 주열교환 구역에서 증발시킴으로써, 상기 주열교환 구역에서 상기 공급 기체를 냉각하고 응축시키는 하나 이상의 증발하는 혼합 냉매의 흐름을 제공하는 단계;
(e) 주열교환 구역으로부터 증발된 혼합 냉매의 흐름을 취출해서, (a) 단계의 혼합 냉매 증기의 적어도 일부를 제공하는 단계.
상기 혼합 냉매의 액체 분류를 과냉각하기 위한 냉각 작용은, 부분적으로 주열교환 구역에서 증발하는 감압된 냉매 액체와의 간접 열교환에 의해서, 그리고 부분적으로 주열교환 구역 외부의 하나 이상의 추가적인 냉매 분류와의 간접 열교환에 의해서 제공될 수 있다.
제2 재순환 냉각 회로의 작동에는 다음 단계들이 추가로 포함될 수 있다.
(f) 상기 혼합 냉매의 증기 분류를 응축시키고 과냉각해서, 추가적인 과냉각 혼합 냉매 액체를 제공하는 단계;
(g) 이 추가적인 과냉각 혼합 냉매 액체를 감압시키고, 이 감압된 혼합 냉매 액체를 주열교환 구역에서 증발시킴으로써, 주열교환 구역에서 공급 기체를 냉각하고 응축시키는 또 다른 증발용 혼합 냉매의 흐름을 제공하는 단계.
상기 추가적인 혼합 냉매 증기를 응축시키고 과냉각하기 위한 냉각 작용은, 부분적으로 주열교환 구역에서 증발하는 감압된 액체와의 간접 열교환에 의해서, 그리고 부분적으로 주열교환 구역 외부에 위치하는 하나 이상의 추가적인 냉매의 흐름과의 간접 열교환에 의해서 제공될 수 있다.
본 발명은 공급 기체를 액화하는 효율적인 공정을 제공하며, 특히 천연 가스의 액화에 유용하다. 본 발명은 혼합 냉매 시스템을 사용하며, 이 시스템에서는 압축된 혼합 냉매를 제2 냉각 시스템에 의해 예비 냉각하고, 이 압축된 혼합 냉매를 부분적으로 응축시키고 분리함으로써 하나 이상의 액체 흐름이 유도된다. 상기 부분 응축 단계가 압축된 혼합 냉매의 최종적인 최고 압력보다 낮은 압력에서 행하여지는 경우에는, 상기 제2 냉각 시스템에 의해 제공되는 최저 온도와 동일한 온도, 또는 그보다 높은 온도에서 응축이 이루어진다. 상기 부분 응축 단계가 압축된 혼합 냉매의 최종적인 최고 압력과 거의 동일한 온도에서 행하여지는 경우에는, 상기 제2 냉각 시스템에 의해 제공되는 최저 온도 보다 높은 온도에서 응축이 이루어진다.
상기 혼합 냉매는 다중 성분의 유체 혼합물로, 통상적으로 메탄, 에탄, 프로판 중에서 선택되는 하나 이상의 탄화 수소와, 기타 경질 탄화 수소를 함유하며, 또한 질소를 포함할 수 있다.
상기 예비 냉각 시스템은 일반적으로 혼합 냉매를 주위 온도보다 낮게 냉각시킨다. 본 발명에 있어서는 예비 냉각 시스템이 달성할 수 있는 최저 온도에 제한이 없으나, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 경우에는 최저 예비 냉각 온도가 일반적으로 대략 0°C 내지 -75°C 이어야 하고, 대략 -20°C 내지 -45°C 인 것이 바람직하다. 이 최저 예비 냉각 온도는 천연 가스의 조성과 LNG 생산에 있어서의 요구 조건에 좌우된다. 상기 예비 냉각 시스템은 다단의 열교환기를 형성할 수 있으며, 각 열교환기는 C2-C5탄화 수소 또는 C1-C4할로겐화 탄소로부터 선택되는 단일 성분을 사용한다. 필요하다면, 상기 예비 냉각 시스템은 여러 탄화 수소를 포함하는 혼합 냉매를 사용할 수 있다. 본 발명의 하나의 실시예에 있어서는, 혼합 냉매의 제1 단계 프로판 냉각 후에 유도되는 혼합 냉매 액체를 이용하는 프로판 예비 냉각식 혼합 냉매 시스템을 사용함으로써, 표준 프로판 예비 냉각식 혼합 냉매 사이클에 비해 전력이 절약되거나 생산량이 증가된다. 본 발명을 이중 혼합 냉매 사이클에 이용하는 몇 가지 실시예를 후술할 것이다.
본 발명의 냉각 회로에는 플레이트 핀(plate-fin)형, 감겨진 코일(woundcoil)형, 원통관(shell and tube)형, 케틀(kettle)형 열교환기를 비롯한 임의의 광범위한 열교환 장치를 사용할 수 있으며, 특정 용례에 따라서는 여러 형태의 열교환기를 조합해서 사용할 수 있다. 본 발명은 임의의 적절한 공급 기체를 액화시키는 데에 적용할 수 있지만, 이하에서는 천연 가스를 액화시키는 공정으로서 설명한다. 본 발명은 청구된 공정에 사용된 열교환기의 개수와 구성과는 무관하다.
본 명세서에서, "열교환 구역"이라는 용어는 하나 이상의 처리물의 흐름을 소정 온도 범위로 냉각시키는 하나 이상의 냉매의 흐름에 의해서 냉각 작용이 제공되는 단일의 열교환기 또는 열교환기의 조합을 의미한다. 열교환기는 임의의 열교환 장치를 수용하는 용기로서, 그러한 열교환 장치에는 플레이트와 핀, 감겨진 코일, 관군 및 기타 공지된 열전달 수단이 포함될 수 있다. 그리고, "주열교환 구역"이라는 용어는 제2 재순환 냉각 회로를 이용하여 공급 기체의 냉각 및 액화를 위한 제2 온도와 제3 온도 사이의 온도 범위의 냉각 작용이 제공되는 구역을 의미한다. 이하에서, 상기 주열교환 구역은 공급 기체의 냉각 및 액화를 위한 제2 온도와 제3 온도 사이의 냉각 작용이 재순환하는 혼합 냉매의 증발에 의해 제공되는 단일의 열교환기 또는 1군의 열교환기를 의미한다.
선행 기술에 따른 기체 액화 공정의 대표적인 예가 도 1에 도시되어 있다. 먼저 천연 가스(100)를 전처리부(102)에서 세척 및 건조시켜서 CO2및 H2S와 같은 산성 기체와 수은과 같은 기타 오염물을 제거한다. 다음으로, 전처리된 기체(104)를 제1 단계 프로판 교환기(106)로 이송해서 전형적으로 대략 8°C인 중간 온도로 냉각한다. 이 냉각된 기체의 흐름을 제2 단계 프로판 교환기(108)에서 전형적으로대략 -15°C인 온도로 추가 냉각하고, 이 추가 냉각된 기체의 흐름(110)을 세척탑(112)으로 이송한다. 이 세척탑(112)의 바닥으로부터 공급 기체 중 펜탄과 같은 무거운 성분이 배출 기체의 흐름(116)으로 배출된다. 세척탑의 응축기는 프로판 교환기(114)에 의해 냉각된다. 프로판 교환기(106, 108, 114)는 증발하는 프로판을 이용한 간접 열교환에 의해서 냉각 작용을 제공한다.
무거운 성분이 제거된 천연 가스 흐름(118)의 온도는 전형적으로 대략 -35°C이다. 이 흐름(118)은 주열교환기(122)의 제1 구역의 냉각 회로(120)에서 라인(124)을 통해 공급되는 끓는 혼합 냉매의 흐름에 의해 전형적으로 대략 -100°C의 온도로 냉각된다. 이 냉각된 기체의 흐름은 밸브(126)를 통해서 분출되고, 주열교환기(122)의 제2 구역에서 라인(130)을 통해 공급되는 끓는 혼합 냉매의 흐름에 의해 추가로 냉각된다. 그 결과 액화된 액체의 흐름(132)이 밸브(134)를 통해 분출되면, 온도가 전형적으로 -166°C인 최종 LNG 제품을 얻는다. 필요하다면 액체의 흐름(134 또는 136)을 추가 처리해서 질소와 같은 잔류 오염물을 제거한다.
증발 냉매의 흐름(124 및 130)은 열교환기(122)를 거쳐서 하방으로 흐르며, 결합된 혼합 냉매 증기의 흐름(138)은 열교환기(122)로부터 취출된다. 이 취출된 혼합 냉매 증기의 흐름(138)은 다단 압축기(140)에서 전형적으로 50 bara의 압력으로 압축되고, 교환기(142)에서 주위 온도 히트 싱크를 통해 냉각되며, 열교환기(144, 146, 148)에서 증발하는 프로판을 통해 추가로 냉각되고 부분적으로 응축됨으로써 온도가 전형적으로 -35°C인 2상 혼합 냉매의 흐름(150)을 얻는다.
이 2상의 혼합 냉매의 흐름(150)은 분리기(152)에서 증기의 흐름(154)과 액체의 흐름(156)으로 분리되어 열교환기(122)로 흘러들어간다. 상기 액체의 흐름(156)은 냉각 회로(158)에서 과냉각되고 밸브(160)를 통해서 분출됨으로써 라인(124)을 통해서 증발 냉매의 흐름이 제공된다. 상기 증기의 흐름(154)은 냉각 회로(162 및 164)에서 응축 및 과냉각되고, 밸브(166)를 통해서 분출됨으로써 라인(130)을 통해서 증발 혼합 냉매의 흐름이 제공된다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시예가 도 2에 도시되어 있다. 도 1에 관해서 전술한 바와 같이 무거운 성분을 제거하고 대략 -35°C로 냉각시킨 천연 가스의 공급 흐름(118)이 제공된다. 이 공급 기체(118)는 열교환기(220)의 하부 구역의 냉각 회로(219)에서 라인(222 및 224)을 통해 도입되는 제1 증발용 혼합 냉매와의 간접 열교환을 통해 전형적으로 대략 -100°C인 온도로 추가 냉각된다. 열교환기(222)는 앞에서 정의한 바와 같이, 하나 이상의 냉매의 흐름에 의해 냉각 작용이 제공됨으로써 소정 온도 범위 내에서 처리물의 흐름을 냉각되는 주열교환 구역이다. 냉각된 기체의 흐름은 열교환기(220)의 중간 구역의 냉각 회로(225)에서 라인(226 및 227)을 통해 도입되는 제2 증발용 혼합 냉매와의 간접 열교환에 의해서 전형적으로 대략 -130°C의 온도로 추가 냉각된다. 이 냉각된 기체의 흐름은 다시 열교환기(220)의 상부 구역의 냉각 회로(228)에서 라인(230 및 231)을 통해 도입되는 제3 증발용 혼합 냉매와의 간접 열교환에 의해서 전형적으로 대략 -166°C의 온도로 추가 냉각된다. 그러면 최종 LNG 제품의 흐름(232)을 얻게 되며, 이를 저장 탱크로 이송하거나 필요에 따라 추가 처리한다.
도 2의 공정의 경우에, 최종 LNG 제품에 있어서 무거운 성분이 매우 낮은 수준으로 포함되어 있어야 하는 경우에는 세척탑(110)을 적절히 변형할 수 있다. 예를 들면, 부탄과 같은 무거운 성분을 세척액으로 사용할 수 있다.
천연 가스의 흐름(118)을 대략 -35°C로부터 최종 LNG 제품의 온도인 대략 -166 °C로 냉각 및 응축하기 위한 냉각 작용은, 본 발명의 바람직한 특징을 이용한 혼합 냉각 회로에 의해서 적어도 부분적으로 이루어진다. 열교환기(220)의 바닥으로부터 결합 및 증발된 혼합 냉매의 흐름(233)이 취출된 후, 다단 압축기(234)에서 전형적으로 대략 50 bara의 압력으로 압축된다. 이 압축된 냉매(235)는 프로판 교환기(236)에서 주위 온도 히트 싱크를 통해 대략 30°C로 냉각된다. 이 냉각된 고압의 혼합 냉매의 흐름(237)은 제1 단계 프로판 교환기(238)에서 대략 8°C의 온도로 추가 냉각되고 부분적으로 응축된다. 이 부분적으로 응축된 냉매의 흐름은 분리기(240)로 흘러 들어가서 증기의 흐름(242)과 액체의 흐름(244)으로 분리된다. 증기의 흐름(242)은 프로판 교환기(246)에서 대략 -15°C의 온도로 추가 냉각되고, 프로판 교환기(248)에서 대략 -35°C로 추가 냉각된다. 액체의 흐름(244)은 프로판 교환기(250)에서 대략 -15°C의 온도로 추가 냉각되고, 프로판 교환기(262)에서 대략 -35°C로 추가 냉각된다.
분리기(240)에서 분리된 후에, 액체 흐름(244)의 일부는 도면에서 선택적인 흐름(254, 256, 266)으로 도시된 바와 같이, 냉각 단계 이전, 진행중, 또는 이후의 임의 지점에서 증기의 흐름과 혼합될 수 있다. 결과적인 2상 냉매의 흐름(260)은 분리기(272)에서 액체의 흐름(268)과 증기의 흐름(270)으로 분리된다. 선택적으로, 과냉각된 액체의 흐름(262)의 일부 흐름(258)을 포화된 액체의 흐름(268)과 혼합시켜서 액체 냉매의 흐름(274)을 얻을 수 있다.
3개의 혼합 냉매의 흐름, 즉 무거운 액체의 흐름(262)과 가벼운 액체의 흐름(274)과 증기의 흐름(270)이 전형적으로 -35°C의 온도에서 열교환기(220)의 고온 단부로 유입된다. 그러면, 무거운 액체의 흐름(262)은 냉각 회로(275)에서 대략 -100°C의 온도로 추가 과냉각되고, 줄 톰슨 스로틀 밸브(276)를 통해서 대략 3 bara까지 단열 상태에서 감압된다. 이 감압된 냉매를 라인(222 및 224)을 통해 열교환기(220) 내로 도입함으로써 전술한 냉각 작용을 얻는다. 필요하다면, 스로틀 밸브(276) 대신에 터보 팽창기(turboexpander) 또는 팽창 엔진을 사용한 일팽창(work expansion)에 의해서 냉매의 흐름을 감압시킬 수 있다. 액체 냉매의 흐름(274)은 냉각 회로(278)에서 대략 -130°C의 온도로 과냉각되고, 줄 톰슨 스로틀 밸브(280)를 통해서 대략 3 bara까지 단열 상태에서 감압된다. 이 감압된 냉매를 라인(226 및 227)을 통해 열교환기(220) 내로 도입함으로써 전술한 냉각 작용을 얻는다. 필요하다면, 스로틀 밸브(280) 대신에 터보 팽창기 또는 팽창 엔진을 사용한 일팽창에 의해서 냉매의 흐름을 감압시킬 수 있다.
냉매 증기의 흐름(270)은 냉각 회로(282)에서 대략 -166°C의 온도로 액화 및 과냉각되고, 줄 톰슨 스로틀 밸브(284)를 통해서 대략 3 bara까지 단열 상태에서 감압된다. 이 감압된 냉매를 라인(230 및 231)을 통해 열교환기(220) 내로 도입함으로써 전술한 냉각 작용을 얻는다. 필요하다면, 스로틀 밸브(284) 대신에 터보 팽창기 또는 팽창 엔진을 사용한 일팽창에 의해서 냉매의 흐름을 감압시킬 수있다.
도 2의 공정에 있어서, 필요하다면 몇 개의 열교환기를 하나의 열교환기로 결합시킬 수 있다. 예를 들면, 열교환기(246)와 열교환기(250)를 결합하거나, 열교환기(246)와 열교환기(248)를 결합할 수 있다.
비록 도 2의 바람직한 실시예에서는 여러 기체 및 액체의 흐름에 있어서 전형적인 온도와 압력을 통해서 설명했지만, 이들 온도와 압력은 제한하려는 것이 아니며, 설계와 작동 조건에 따라 폭넓게 변할 수 있다. 예를 들면, 고압의 혼합 냉매의 압력은 반드시 50 bara일 필요가 없고 임의의 적절한 압력일 수 있으며, 저압 혼합 냉매(233)의 압력은 1 bara 내지 25 bara 범위의 임의의 적절한 압력일 수 있다. 마찬가지로, 전술한 공정의 설명에서 주어진 전형적인 온도도 특정한 설계와 작동 조건에 따라 폭넓게 변할 수 있다.
따라서, 본 발명의 중요한 특징의 하나는 부가적인 과냉각된 액체 냉매의 흐름(262)을 발생시키고, 추가로 과냉각 및 증발시켜서 열교환기(220)의 바닥에서 냉각 작용을 제공하는 것이다. 이 부가적인 냉매를 사용하게 되면 액체의 흐름을 과냉각하는 데에 필요한 전체 전력량이 감소된다. 무거운 탄화 수소 성분을 함유하는 액체 냉매의 흐름(262)을 사용함으로써, 열교환기(220)의 바닥 또는 고온 구역에서의 증발에 있어서 열역학적으로 바람직한 조건이 제공된다. 보다 무거운 냉매의 흐름(262)을 응축 및 분리함으로써 액체 냉매의 흐름(274) 내의 가벼운 성분의 농도가 높아지며, 이것은 열교환기(220)의 중간 구역에 냉각 효과를 제공하는 데에 더욱 적절하다. 최적화된 조성의 냉매(262 및 274)를 사용함으로써 더 나은 냉각곡선을 얻고, 열교환기(220)의 효율이 향상된다.
본 발명의 또 다른 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 이 실시예에서는, 압축기(306)의 압축 단계 사이의 프로판 교환기(300, 302, 304)에 의해 3 단계의 프로판 예비 냉각이 이루어진다. 이 프로판 예비 냉각의 최종 단계 후에 부분적으로 응축된 흐름(308)이 증기의 흐름(310)과 액체의 흐름(362)으로 분리된다. 상기 증기의 흐름(310)은 압축기(306) 내의 추가 단계에서 최종적인 고압으로 압축되고, 선택적으로 프로판 예비 냉각 교환기(312)에서 추가로 냉각된다. 도 2와 관련하여 전술한 바와 같이, 액체의 흐름(362)이 과냉각되고, 스로틀 밸브(376)를 거쳐서 단열 상태에서 감압되고, 라인(322)을 통해서 열교환기(320) 내로 도입됨으로써 냉각 작용이 제공된다. 필요하다면, 스로틀 밸브(376) 대신에 터보 팽창기 또는 팽창 엔진을 사용한 일팽창에 의해 흐름(378)의 압력을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 이 실시예에서는, 전술한 공급 기체 열교환기(106, 108, 114)와 추가적인 열교환기(401)에 의해서 공급 기체의 예비 냉각과 전처리를 위한 4 단계의 프로판 예비 냉각이 이루어진다. 또한, 혼합 냉각 회로를 냉각하기 위해서 추가적인 프로판 냉각 작용을 이용할 수 있는데, 이를 위해서 전술한 프로판 교환기(246, 248, 250, 252)와 함께 프로판 교환기(402 및 403)가 사용된다. 교환기를 추가하면 다소 복잡해지기는 하지만 액화 공정의 효율은 향상된다.
본 발명의 또 다른 실시예가 도 5에 도시되어 있는데, 이 실시예에서는 제1 분리기(540)가 도 2의 실시예의 경우처럼 프로판 예비 냉각의 제1 단계 다음에 위치하는 것이 아니라, 프로판 예비 냉각의 제2 단계(500) 다음에 위치한다. 도 6에는, 제1 분리기(640)가 도 2의 실시예의 경우처럼 프로판 예비 냉각의 제1 단계 다음에 위치하는 것이 아니라 주위 온도 냉각기(164)의 바로 다음에 위치하는 또 다른 선택적인 실시예가 도시되어 있다. 도 6의 실시예에서는 모든 프로판 냉각이 분리기(640) 이후에 행하여진다.
도 7에는, 공급 기체를 예비 냉각하는 모든 단계가 세척탑(710) 이전의 프로판 교환기(706, 708, 714)에서 일어난다. 세척탑(710) 상부의 응축기에 대한 냉각은 열교환기(720)에서 최고온 구역의 냉각 회로(718) 내의 냉각용 상부 흐름(716)에 의해 이루어진다. 냉각되고 부분적으로 응축된 상부 흐름(722)은 세척탑 분리기(724)로 복귀된다. 본 실시예는 최종 LNG 제품 내에서 무거운 성분이 낮은 수준으로 포함되어야 하는 경우에 유용하다.
본 발명의 또 다른 실시예가 도 8에 도시되어 있는데, 이 실시예에서는 추가적인 분리기(801)에 의해서 최종 프로판 예비 냉각 단계 전에 추가적인 혼합 냉매 액체의 흐름(802)이 생성된다. 이 추가적인 액체의 흐름(802)의 전부 또는 일부는 동일 온도로 과냉각된 후에 생성된 제1 액체와 혼합될 수 있고, 선택적으로는 추가적인 액체의 흐름(802)의 일부 흐름(803)이 분리기(801)로부터의 증기와 결합될 수 있다.
도 9에는 본 발명의 또 다른 실시예가 도시되어 있는데, 이 실시예에서는 추가적인 분리기(900)에 의해서 최종 프로판 예비 단계 전에 제2의 추가적인 액체의 흐름(901)이 생성된다. 이 실시예에서는, 생성된 제2의 추가적인 액체의흐름(901)이 전술한 도 8의 경우처럼 생성된 제1 액체와 혼합되지 않고, 대신에 과냉각된 후 교환기(920) 내로 도입되어, 스로틀 밸브(903)를 통해서 과냉각 및 팽창된다. 이러한 추가적인 액체를 사용하기 위해서는 도 9에 도시된 바와 같이 추가적인 열교환기(902)가 필요하다. 이 실시예에서는 가체 액화 공정에 폭넓게 사용되는 감겨진 코일형 열교환기 이외에 납땜 알루미늄 열교환기를 주열교환 구역(920)에 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명의 각 실시예에 대해서 임의의 적절한 형태의 열교환기를 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 선택적인 실시예가 도 10에 도시되어 있다. 이 실시예에서는, 제2 단계 분리기(1000)가 최종 프로판 예비 냉각 단계(148)에 의해 제공되는 온도보다 더 낮은 온도 상태에 위치하고 있다. 2상의 흐름(1060)이 교환기(1020)에 직접 유입되고, 분리되기 전에 교환기(1020)의 가장 고온인 열교환 구역에서 냉각된다.
도 11에는 본 발명의 또 다른 실시예가 도시되어 있는데, 이 실시예에서는 혼합 냉매의 흐름이 상이한 두 압력에서 증발된다. 흐름(1168 및 1170)은 액화되고, 과냉각되고, 감압된 후, 교환기(1102)에서 저압 상태에서 증발된다. 이 증발된 혼합 냉매의 흐름(1104)은 저온인 상태에서 압축기(1136)로 직접 이송되거나, 압축기(1136)로 이송되기 전에 교환기(1100)에서 가열될 수도 있다. 액체 냉매의 흐름(1162)은 추가로 과냉각되고, 교환기(1102) 내의 압력보다 높은 압력까지 감압되고, 교환기(1100)에서 증발된 후, 도시된 바와 같이 흐름(1106)으로서 압축 단계 사이에서 압축기(1136)로 복귀된다.
기체의 액화를 위해 사용되는 혼합 냉매는 전술한 바와 같이 프로판을 이용하는 것 외에 다른 혼합 냉매를 이용해서 예비 냉각시킬 수 있다. 도 12에 도시된 실시예에서는, 액체 냉매의 흐름(1202)은 압축기(1204)의 압축 단계 사이에서 예비 냉각 혼합 냉매를 부분적으로 응축시킴으로써 얻는다. 다음으로, 이 액체 냉매의 흐름은 열교환기(1200)에서 과냉각되고, 중간 위치에서 취출된 후, 스로틀 밸브(1206)를 통해서 분출되어 증발됨으로써 열교환기(1200)의 고온 구역을 냉각시킨다. 열교환기(1200)로부터의 증기(1210)는 압축기(1204)에서 압축되고, 주위 온도 히트 싱크를 통해서 냉각된 후 흐름(1212)으로서 열교환기(1200)에 도입된다. 이 흐름(1212)은 열교환기(1200)에서 냉각 및 과냉각되고, 열교환기(1200)의 저온 단부에서 취출된 후, 스로틀 밸브(1208)를 통해서 분출된 후, 증발됨으로써 열교환기(1200)의 저온 구역을 냉각시킨다.
압축된 혼합 냉매의 흐름(1214)은 열교환기(1200)의 바닥부에서 냉각되고 부분적으로 응축된 후, 분리기(1288)에서 분리된다. 이 분리된 액체의 흐름(1244)은 열교환기(1200)의 상단에서 과냉각되고, 이 과냉각된 흐름(1162)은 열교환기의 바닥부에서 추가로 과냉각되고, 스로틀 밸브(1276)를 통해서 단열 상태에서 감압되고, 라인(1222)을 통해서 교환기(1220)내로 도입된 후, 증발됨으로써 교환기(1220)를 냉각시킨다. 분리기(1288)로부터의 증기가 열교환기(1200)의 상부에서 냉각되면 2상 냉매의 흐름(1260)이 생성되고, 이 2상 냉매의 흐름(1260)이 전술한 바와 같이 분리기(1262)에서 분리된 후 열교환기(1200)에 사용된다.
도 13에는 도 12의 실시예의 변형례가 도시되어 있는데, 이 변형례에서는 예비 냉각용 혼합 냉매가 교환기(1300 및 1302)에서 상이한 두 압력에서 증발된다. 분리기(1388) 내에서의 저온 혼합 냉매의 제1 분리는 예비 냉각용 교환기(1300)에서의 냉각 후에 일어난다. 이 분리된 액체의 흐름(1344)은 스로틀 밸브(1376)를 통해서 단열 상태에서 감압되기 전에 과냉각되고, 흐름(1322)으로서 교환기(1320)에 도입됨으로써, 이 교환기(1320)가 냉각된다.
본 발명의 최종 실시예가 도 14에 도시되어 있는데, 이는 도 2의 실시예를 간략화한 것이다. 이 실시예에서는, 도 2의 열교환기(220)의 바로 앞에서 흐름(160)을 분리하는 과정을 생략함으로써 작업 공정이 간단해졌다. 도 14에서는, 교환기(1420) 내의 2개의 열교환 구역이 도 2의 열교환기(220)의 3개의 열교환 구역을 대신하고 있다. 흐름(1460)은 교환기(1420)에서 액화 및 과냉각되고, 이 과냉각된 흐름(1486)은 스로틀 밸브(1484)를 통해서 대략 3 bara까지 단열 상태에서 감압되며, 이 감압된 흐름(1430)은 교환기(1420)의 저온 단부로 도입됨으로써 냉각 효과를 제공한다. 필요하다면, 터보 팽창기 또는 팽창 엔진에서의 일팽창에 의해서 흐름(1486)을 감압시킬 수 있다.
전술한 실시예들은 본 발명의 중요한 공통의 특징을 이용하고 있는데, 그것은 제1 재순환 냉각 회로에 의한 냉각으로 달성될 수 있는 최저 온도 이상의 온도에서 혼합 냉매를 부분적으로 응축하고 분리함으로써 하나 이상의 중간 액체의 흐름이 유도된다는 것이다. 이 중간 액체의 흐름은 예비 냉각 시스템에 의한 온도보다 낮은 온도의 냉각 효과를 제공하는 데에 사용된다.
이 중간 액체의 흐름을 얻게 되는 응축 온도는 필요에 따라 변하게 할 수 있다. 도 6의 실시예의 경우에는 열교환기(164) 내의 주위 온도에서 응축이 이루어지고, 도 3의 경우에는 열교환기(304) 중의 최저 프로판 예비 냉각 온도와, 압축기(306)로부터의 압축된 혼합 냉매 증기의 최종적인 최고 압력보다 낮은 압력에서 응축이 이루어진다. 도 2, 도 4 및 도 5의 경우에는 상기 극한값들 사이의 온도에서 응축이 이루어진다.
전술한 실시예들은 전체 공정을 포괄하여 다음과 같이 요약할 수 있다. 본 발명은 기본적으로 몇 가지 일반적인 단계를 포함하는 공급 기체의 액화를 위한 냉각 작용을 제공하는 방법이다. 이 냉각 작용은 제1 온도와 이 제1 온도보다 낮은 제2 온도와의 사이의 온도 범위의 냉각 작용을 제공하는 제1 재순환 냉각 회로에 의해 제공되며, 이를 예비 냉각 작용이라 한다. 상기 제2 온도는 전형적으로 제1 재순환 회로의 냉매와의 간접 열교환에 의해 처리물의 흐름이 냉각될 수 있는 최저 온도이다. 예를 들면, 제1 재순환 냉각 회로에 프로판을 사용하는 경우에는, 처리물의 흐름이 냉각될 수 있는 최저 온도는 대략 -35°C이며, 이것이 전형적인 제2 온도이다.
상기 제2 온도와 이 제2 온도보다 낮은 제3 온도와의 사이의 온도 범위의 추가적인 냉각 작용이 제2 재순환 냉각 회로에 의해 제공된다. 상기 제1 재순환 냉각 회로는 상기 제2 재순환 냉각 회로에 제공되는 상기 제1 온도와 제2 온도 사이의 온도 범위의 냉각 작용의 적어도 일부를 제공하며, 또한 공급 기체를 예비 냉각하기 위한 냉각 작용을 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이 단일 성분 또는 다중 성분을 사용할 수 있는 상기 제1 재순환 냉각 회로는, 냉매가 증발하는 압력에 따라 몇 가지 온도 수준에서 냉각 작용을 제공한다. 전술한 바와 같이 상기 제1 재순환 냉각 회로는 프로판 교환기(106, 108, 114, 401, 706, 708, 714, 1200, 1300, 1302)에서 이송 기체를 예비 냉각하기 위한 냉각 작용을 제공한다. 또한, 전술한 바와 같이 상기 제1 재순환 냉각 회로는 프로판 교환기(238, 246, 248, 250, 252, 300, 302, 304, 312, 402, 403, 500)에서 상기 제2 냉각 회로를 냉각하기 위한 냉각 작용을 제공한다.
도 2의 바람직한 실시예에 예시된 제2 냉각 회로는 전형적으로 냉각 라인(233)과, 압축기(234)와, 분리기(240)와, 제1 냉각 회로로부터의 냉각 작용을 제공하는 몇 개의 냉각 교환기와, 냉각 라인(260, 262, 270, 274)과, 분리기(272)와, 과냉각 회로(275, 278, 282)와, 스로틀 밸브(276, 280, 284)와, 냉각 라인(222, 224, 226, 227, 230, 231)을 포함한다. 도 4 내지 도 13의 실시예에서도 유사한 성분이 유사한 방식으로 사용된다. 도 14의 실시예의 제2 냉각 회로는 도 2의 경우에서 분리기(272)와, 냉각 라인(274)과, 과냉각 회로(278)와, 냉각 라인(226 및 227)과, 스로틀 밸브(280)를 제외한 것이다.
혼합 냉매 증기가 도 2의 다단계 압축기(234)에서 최종적인 최고 압력으로 압축된 경우에(도 4 내지 도 13의 실시예의 경우도 유사함), 이 압축된 증기는 제1 냉각 회로로부터의 냉매에 의한 최저 온도보다 높은 온도에서 부분적으로 응축되고 분리된다. 이 응축/분리 단계에서 생성된 하나 이상의 혼합 냉매 증기 및 액체의 흐름은 제1 냉각 회로로부터의 냉매를 사용하여 가능한 최저 온도까지 추가로 냉각된다. 그러한 추가적인 냉각은 도 2의 프로판 교환기(246, 248, 250, 252)에 의해제공된다.
도 3의 실시예의 경우와 같이 혼합 냉매 증기를 최종적인 최고 압력보다 낮은 압력으로 먼저 압축한 경우에는, 이 압축된 혼합 냉매 증기의 응축은 압축기(306)의 단계들 사이에서, 제1 재순환 냉각 회로로 냉각시킬 수 있는 최저 온도, 즉 제2 온도 이상의 온도에서 이루어진다. 라인(310) 내의 분리된 증기는 압축기(306)의 최종 단계에서 추가로 압축된다. 만약, 제1 냉각 회로로부터 교환기(312) 내에 추가적인 냉각이 가해지지 않는다면, 흐름(308)의 응축 및 분리는 상기 제2 온도보다 높은 온도에서 이루어질 수 있다. 교환기(312) 내에 추가적인 냉각이 가해지는 경우에는, 흐름(308)의 응축 및 분리는 상기 제2 온도 이상의 온도에서 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이 제2 온도 이상의 온도인 생성된 액체 냉매의 흐름은 주열교환기 내에서 증발하는 혼합 냉매에 의해 과냉각되고, 감압되고, 주열교환기 내에서 증발됨으로써 제2 온도와 제3 온도 사이의 냉각 작용을 제공한다.
실시예
천연 가스를 액화하기 위해 열 및 재료의 평형을 이룸으로써 본 발명의 바람직한 실시예를 모의 실험하였다. 도 2를 참조로, 먼저 천연 가스(100)가 전처리부(102)에서 세척 및 건조되어 CO2및 H2S와 같은 산성 기체와, 수은과 같은 기타 오염물이 제거되었다. 전처리된 이송 기체(104)는 유량이 30,611 kg-mole/hr 이고, 압력이 66.5 bara이며, 온도는 32°C(89.6°F)이고, 몰 조성은 이하 표 1과 같았다.
공급 기체의 성분 몰분율
질소 0.009
메탄 0.8774
에탄 0.066
프로판 0.026
i-부탄 0.007
부탄 0.008
i-펜탄 0.002
펜탄 0.002
헥산 0.001
헵탄 0.001
전처리된 이송 기체(104)는 제1 교환기(106)로 도입되고, 5.9 bara에서 끓는 프로판에 의해 9.3°C로 냉각되었다. 이 냉각된 기체의 흐름은 프로판 교환기(108)에서 2.8 bara에서 끓는 프로판에 의해 -14.1°C로 추가 냉각되고, 이 추가 냉각된 기체의 흐름(112)은 세척탑(110)으로 이송되었다. 이 세척탑(110) 상부의 응축기(114)는 -37°C에서 작동하며, 1.17 bara에서 끓는 프로판에 의해 냉각된다. 세척탑(110)에서 펜탄과 이송 기체의 다른 무거운 성분들이 제거되었다.
무거운 성분이 제거되고 -37°C로 냉각된 천연 가스의 흐름(118)은, 주열교환기(220)의 제1 구역의 냉각 회로(219)에서 끓는 혼합 냉매에 의해서 -94°C의 온도로 추가 냉각되었다. 이 증발된 혼합 냉매(233)는 유량이 42,052 kg-mole/hr 이고, 조성은 이하 표 2와 같았다.
혼합 냉매의 성분 몰분율
질소 0.092
메탄 0.397
에탄 0.355
프로판 0.127
i-부탄 0.014
부탄 0.014
냉각된 이송 기체가 교환기(220)의 제2 구역에서, 라인(226 및 227)을 통해 공급되는 끓는 혼합 냉매의 흐름에 의해서 대략 -128°C의 온도로 추가 냉각되었다. 이 냉각된 기체의 흐름은 교환기(220)의 제3 구역에서, 라인(230 및 231)을 통해 공급되는 끓는 혼합 냉매의 흐름에 의해서 -163°C의 온도로 추가 냉각되었다. 이 추가 냉각된 LNG 기체의 흐름(232)은 저장 탱크로 이송되었다.
천연 가스의 흐름(118)의 온도를 -37°C에서 -163°C로 낮추는 냉각 작용은 혼합 성분의 냉각 회로에 의해 제공된다. 흐름(235)은 51 bara의 압력에서 다단 압축기(234)를 탈출하는 고압의 혼합 냉매이다. 이 냉매의 흐름이 교환기(236) 내에서 냉각수에 의해서 32°C로 냉각되었다. 고압의 혼합 냉매의 흐름(237)이 제1단 프로판 교환기(238)로 도입된 후, 5.9 bara에서 끓는 프로판에 의해 9.3°C의 온도로 냉각되고, 다시 분리기(240)로 이송된 후 증기의 흐름(242)과 액체의 흐름(244)으로 각각 분리되었다. 증기의 흐름(242)은 프로판 교환기(246) 내에서 2.8 bara에서 끓는 프로판에 의해 -14.1°C의 온도로 추가 냉각되고, 이어서 프로판 교환기(248)로 이송된 후 1.17 bara에서 끓는 프로판에 의해서 -37°C로 추가 냉각되었다. 유량이 9240 kg-mole/hr 인 액체의 흐름(244)은 프로판 교환기(250)에서 2.8 bara에서 끓는 프로판에 의해서 -14.1°C의 온도로 추가 냉각되고, 이어서 프로판 교환기(252)로 이송된 후 1.17 bara에서 끓는 프로판에 의해서 -37°C로 추가 냉각되었다.
상기 추가 냉각된 증기의 흐름(260)은 분리기(272)로 이송된 후 -37°C의 온도에서 액체의 흐름(268)과 증기의 흐름(270)으로 분리되었다. 상기 액체의 흐름(268)의 유량은 17,400 kg-mole/hr 이었다.
과냉각된 액체의 흐름(262)은 냉각 회로(275)에서 -94°C로 추가 냉각되고, 스로틀 밸브(276)을 통해서 단열 상태에서 대략 3 bara로 감압된 후, 라인(222 및 224)을 통해서 교환기(220) 내로 도입되었다. 액체의 흐름(274)은 냉각 회로(278)에서 -128°C의 온도로 과냉각되고, 스로틀 밸브(280)를 통해서 단열 상태에서 대략 3 bara로 감압된 후, 라인(226 및 227)을 통해서 교환기(220) 내로 도입되었다. 증기의 흐름(270)은 냉각 회로(282) 내에서 액화되고, 또한 -163°C의 온도로 과냉각되고, 스로틀 밸브(284)를 통해서 단열 상태에서 대략 3 bara로 감압된 후, 라인(230 및 231)을 통해서 교환기(220)의 저온 단부에 도입되었다.
전술한 내용에서 본 발명의 핵심적인 특징들을 모두 설명하였다. 당업자는 본 발명을 이해하고, 본 발명의 기본 정신과, 후술하는 청구 범위의 범위와 그 균등물로부터 벗어나는 일 없이 다양한 변형을 가할 수 있다.
본 발명은 그 가장 넓은 범위의 실시예에 있어서, 혼합 냉매를 예비 냉각 시스템에 의해 제공되는 최저 온도보다 높은 온도에서, 또는 혼합 냉매 회로의 최종적인 최고 압력보다 낮은 압력에서 부분적으로 응축시키고 분리함으로써 유도되는 하나 이상의 중간 액체의 흐름을 생성함으로써 기체 액화 기술을 향상시킨다. 이 중간 액체의 혼합 냉매의 흐름은 예비 냉각 시스템에 의해 제공되는 온도보다 낮은 온도의 추가 냉각 작용을 제공하는 데에 적어도 부분적으로 사용되고, 이 추가적인 냉각 작용은 주열교환기에 사용될 수 있다. 본 발명은 선행 기술의 공정에 비해서 주어진 압축력으로 보다 많은 LNG를 생산할 수 있는 보다 효율적인 공정을 제공한다.

Claims (24)

  1. (1) 제1 온도와 이 제1 온도보다 낮은 제2 온도와의 사이의 온도 범위의 냉각 작용을 제공하는 제1 재순환 냉각 회로를 사용해서 냉각 작용을 제공하는 단계와;
    (2) 상기 제1 재순환 냉각 회로가 상기 제1 온도와 제2 온도 사이의 온도 범위의 냉각 작용을 제공하는 제2 재순환 냉각 회로를 이용해서 상기 제2 온도와 이 제2 온도보다 낮은 제3 온도와의 사이의 온도 범위의 냉각 작용을 제공하는 단계와;
    (3) 상기 제2 재순환 냉각 회로 중의 혼합 냉매 증기를 최종적인 최고 압력으로 압축하는 단계와;
    (4) 상기 제2 재순환 냉각 회로로부터의 혼합 냉매 증기의 적어도 일부를 부분적으로 응축시키고, 그 결과 부분적으로 응축된 혼합 냉매를 하나 이상의 액체 냉매의 흐름과 하나 이상의 증기 냉매의 흐름으로 분리하는 단계와;
    (5) 상기 하나 이상의 액체 냉매의 흐름을 상기 제2 온도보다 낮은 온도로 과냉각하고, 이 과냉각된 액체 냉매의 흐름을 감압시키고, 공급 기체의 액화를 위한 상기 제2 온도와 제3 온도 사이의 액화 작용의 적어도 일부를 제공하기 위해서 상기 감압된 액체 냉매의 흐름을 증발시키는 단계
    를 포함하는 공급 기체의 액화를 위한 냉각 방법으로서,
    상기 압축된 냉매를 부분적으로 응축시키는 단계가 상기 최종적인 최고 압력보다 낮은 압력에서 행하여지는 경우에는, 이 단계를 상기 제2 온도 이상의 온도에서 행하고, 압축된 냉매를 부분적으로 응축시키는 단계가 상기 최종적인 최고 압력과 거의 동일한 압력에서 행하여지는 경우에는, 이 단계를 상기 제2 온도보다 높은 온도에서 행하는 냉각 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공급 기체의 액화를 위한 상기 제2 온도와 제3 온도 사이의 냉각 작용은 주열교환 구역 내에서 증발하는 혼합 냉매와의 간접 열교환에 의해서 제공되고, 상기 증발하는 혼합 냉매는,
    (a) 상기 혼합 냉매 증기를 제1 압력으로 압축하는 단계와;
    (b) 이 압축된 혼합 냉매 증기를 냉각하고, 부분적으로 응축시키고, 분리함으로써 제1 혼합 냉매의 증기 분류와 제1 혼합 냉매의 액체 분류를 얻는 단계와;
    (c) 상기 제1 혼합 냉매의 액체 분류를 과냉각해서 제1 과냉각 혼합 냉매 액체를 얻는 단계와;
    (d) 상기 제1 과냉각 혼합 냉매 액체를 감압시키고, 이 감압된 혼합 냉매 액체를 상기 주열교환 구역에서 증발시킴으로써, 상기 주열교환 구역 내에서 상기 공급 기체를 냉각 및 응축시키는 증발용 혼합 냉매를 제공하는 단계와;
    (e) 상기 주열교환 구역으로부터 증발된 혼합 냉매의 흐름을 취출해서, (a) 단계의 혼합 냉매 증기의 적어도 일부를 제공하는 단계
    에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  3. 제2항에 있어서, (c) 단계의 과냉각에 필요한 냉각 작용의 적어도 일부는 (d) 단계에 있어서 상기 주열교환 구역 중의 감압된 혼합 냉매를 증발시킴으로써 제공되는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  4. 제2항에 있어서, (c) 단계의 과냉각에 필요한 냉각 작용의 적어도 일부는 상기 주열교환 구역 외부에 위치하는 하나 이상의 추가적인 냉매의 흐름과의 간접 열교환에 의해서 제공되는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가적인 냉매의 흐름은 단일 성분의 냉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가적인 냉매의 흐름은 다중 성분의 냉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 제1 혼합 냉매의 증기 분류를 부분적으로 응축시키고 분리함으로써 제2 혼합 냉매 증기와 제2 혼합 냉매 액체를 얻는 단계와, 이 제2 혼합 냉매 액체를 상기 주열교환 구역 내에서 증발하는 혼합 냉매와의 간접 열교환을 통해서 과냉각하는 단계와, 이 과냉각된 제2 혼합 냉매 액체를 감압시키는 단계와, 이 감압된 제2 혼합 냉매의 흐름을 상기 주열교환 구역에서 증발시킴으로써, 상기 주열교환 구역 내에 추가적인 증발용 혼합 냉매를 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 혼합 냉매 증기를 상기 주열교환 구역 내에서 증발하는 혼합 냉매와의 간접 열교환을 통해서 응축시키고 과냉각하는 단계와, 이 응축되고 과냉각된 제2 혼합 냉매 증기를 감압시키는 단계와, 이 감압된 제2 혼합 냉매의 흐름을 상기 주열교환 구역에서 증발시킴으로써, 상기 주열교환기 내에 추가적인 증발용 혼합 냉매를 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  9. 제2항에 있어서, (b) 단계에 있어서의 냉각과 부분적인 응축에 필요한 냉각 작용의 적어도 일부는 상기 주열교환 구역 외부에 위치하는 하나 이상의 추가적인 냉매의 흐름과의 간접 열교환에 의해서 제공되는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가적인 냉매의 흐름 중 하나 이상의 흐름은 단일 성분 냉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가적인 냉매의 흐름 중 하나 이상의 흐름은 다중 성분 냉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  12. 제2항에 있어서, 상기 공급 기체를 냉각하는 데에 필요한 냉각 작용의 일부는 상기 주열교환 구역 외부에 위치하는 하나 이상의 추가적인 냉매의 흐름과의 간접 열교환을 통해서 제공되는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가적인 냉매의 흐름은 단일 성분 냉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가적인 냉매의 흐름은 다중 성분 냉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  15. 제2항에 있어서, 상기 공급 기체는 메탄과, 메탄보다 무거운 하나 이상의 탄화수소를 포함하고,
    (e) 상기 공급 기체를 추가적인 냉매의 흐름과의 간접 열교환을 통해서 예비 냉각하는 단계와;
    (f) 이 예비 냉각된 공급 기체를 메탄보다 무거운 탄화수소가 풍부한 희박한 세척액이 들어있는 세척탑 내로 도입하는 단계와;
    (g) 상기 세척탑의 바닥으로부터 메탄보다 무거운 탄화수소가 풍부한 흐름을 취출하는 단계와;
    (h) 상기 세척탑의 상부로부터 메탄과, 메탄보다 무거운 잔류 탄화수소를 함유하는 상부 흐름을 취출하는 단계와;
    (i) 상기 상부 흐름을 상기 주열교환 구역에서 냉각해서 메탄보다 무거운 잔류 탄화수소를 응축시키는 단계와;
    (j) 그 결과 냉각된 상부 흐름을 분리해서 메탄이 풍부한 순수한 제품과, 메탄보다 무거운 탄화수소가 풍부한 흐름을 얻는 단계와;
    (k) 상기 메탄보다 무거운 탄화수소가 풍부한 흐름의 적어도 일부를 이용해서 (f) 단계의 희박한 세척액을 제공하는 단계
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  16. 제2항에 있어서, 상기 제1 혼합 냉매의 증기 분류는 (b) 단계에서의 분리 후에 압축되는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  17. 제2항에 있어서, (b) 단계에서 상기 압축된 제1 혼합 냉매 증기를 냉각하고 부분적으로 응축시키는 것은 주위 온도 유체와의 간접 열교환에 의해 행하여지는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  18. 제2항에 있어서, 상기 제1 혼합 냉매 액체의 일부는 상기 제1 압력으로 압축된 혼합 냉매 증기와 혼합되는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  19. 제2항에 있어서, (b) 단계에서 상기 제1 혼합 냉매 증기의 일부를 추가로 냉각하고, 부분적으로 응축시키고, 분리함으로써 상기 제1 압력으로 압축된 혼합 냉매 액체와 결합되는 추가적인 혼합 냉매 액체를 얻는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  20. 제7항에 있어서, 상기 제1 혼합 냉매의 증기 분류를 냉각하고 부분적으로 응축시키는 데에 필요한 냉각 작용의 일부는 상기 주열교환 구역 내에서 증발하는 혼합 냉매와의 간접 열교환을 통해서 제공되는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  21. 제7항에 있어서, 상기 제1 압력으로 압축된 혼합 냉매 액체는 과냉각 후에 상기 주열교환 구역에서 제1 압력에서 증발되고, 상기 제2 압력으로 압축된 혼합 냉매 액체는 과냉각 후에 상기 주열교환 구역에서 제2 압력에서 증발되는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제2 혼합 냉매 증기를 상기 주열교환 구역에서 증발하는 혼합 냉매와의 간접 열교환을 통해서 응축시키고 과냉각하는 단계와, 이 응축되고 과냉각된 제2 혼합 냉매 증기를 상기 제2 압력으로 감압시키는 단계와, 이 감압된 혼합 냉매 액체를 상기 주열교환 구역에서 증발시킴으로써, 상기 주열교환 구역에 추가적인 증발용 혼합 냉매를 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  23. 제1항에 있어서, 상기 제2 재순환 냉각 회로의 작동에는,
    (a) 상기 혼합 냉매 증기를 제1 압력으로 압축하는 단계와;
    (b) 이 압축된 혼합 냉매 증기를 냉각하고, 부분적으로 응축시키고, 분리함으로써 혼합 냉매의 증기 분류와 혼합 냉매의 액체 분류를 얻는 단계와;
    (c) 상기 혼합 냉매의 액체 분류를 과냉각해서, 과냉각된 혼합 냉매 액체를 얻는 단계와;
    (d) 이 과냉각된 혼합 냉매 액체를 감압시키고, 이 감압된 혼합 냉매 액체를 상기 주열교환 구역에서 증발시킴으로써, 상기 주열교환 구역에서 상기 공급 기체를 냉각하고 응축시키는 하나 이상의 증발하는 혼합 냉매의 흐름을 제공하는 단계와;
    (e) 상기 주열교환 구역으로부터 증발된 혼합 냉매의 흐름을 취출해서, (a) 단계의 혼합 냉매 증기의 적어도 일부를 제공하는 단계
    가 포함되며,
    상기 혼합 냉매의 액체 분류를 과냉각하기 위한 냉각 작용은, 부분적으로 상기 주열교환 구역에서 증발하는 감압된 냉매 액체와의 간접 열교환에 의해서, 그리고 부분적으로 상기 주열교환 구역 외부에 위치하는 하나 이상의 추가적인 냉매 분류와의 간접 열교환에 의해서 제공되는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    (f) 상기 혼합 냉매의 증기 분류를 응축시키고 과냉각해서, 추가적인 과냉각 혼합 냉매 액체를 제공하는 단계와;
    (g) 이 추가적인 과냉각 혼합 냉매 액체를 감압시키고, 이 감압된 혼합 냉매액체를 상기 주열교환 구역에서 증발시킴으로써, 상기 주열교환 구역에서 상기 공급 기체를 냉각하고 응축시키는 또 다른 증발용 혼합 냉매의 흐름을 제공하는 단계
    를 추가로 포함하며,
    상기 추가적인 혼합 냉매 증기를 응축시키고 과냉각하기 위한 냉각 작용은, 부분적으로 상기 주열교환 구역에서 증발하는 감압된 혼합 냉매 액체와의 간접 열교환에 의해서, 그리고 부분적으로 상기 주열교환 구역 외부에 위치하는 하나 이상의 추가적인 냉매의 흐름과의 간접 열교환에 의해서 제공되는 것을 특징으로 하는 냉각 방법.
KR10-2000-0059688A 1999-10-12 2000-10-11 혼합 냉매를 중간 온도에서 부분적으로 응축시키는 기체액화 방법 KR100381109B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/415837 1999-10-12
US09/415,837 US6347532B1 (en) 1999-10-12 1999-10-12 Gas liquefaction process with partial condensation of mixed refrigerant at intermediate temperatures

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010067317A KR20010067317A (ko) 2001-07-12
KR100381109B1 true KR100381109B1 (ko) 2003-04-26

Family

ID=23647407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2000-0059688A KR100381109B1 (ko) 1999-10-12 2000-10-11 혼합 냉매를 중간 온도에서 부분적으로 응축시키는 기체액화 방법

Country Status (15)

Country Link
US (1) US6347532B1 (ko)
EP (1) EP1092932B1 (ko)
JP (1) JP3615141B2 (ko)
KR (1) KR100381109B1 (ko)
CN (1) CN1129764C (ko)
AT (1) ATE284524T1 (ko)
AU (1) AU736738B2 (ko)
BR (1) BR0004715A (ko)
CA (1) CA2322399C (ko)
DE (1) DE60016536T2 (ko)
ES (1) ES2234496T3 (ko)
ID (1) ID27541A (ko)
MY (1) MY122577A (ko)
NO (1) NO321734B1 (ko)
TW (1) TW472131B (ko)

Families Citing this family (66)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6742358B2 (en) 2001-06-08 2004-06-01 Elkcorp Natural gas liquefaction
US6743829B2 (en) * 2002-01-18 2004-06-01 Bp Corporation North America Inc. Integrated processing of natural gas into liquid products
ATE311580T1 (de) * 2002-05-27 2005-12-15 Air Prod & Chem Wärmetauscher mit gewickelten rohrschlangen
US6945075B2 (en) * 2002-10-23 2005-09-20 Elkcorp Natural gas liquefaction
CA2515999C (en) * 2003-02-25 2012-12-18 Ortloff Engineers, Ltd. Hydrocarbon gas processing
US6889523B2 (en) 2003-03-07 2005-05-10 Elkcorp LNG production in cryogenic natural gas processing plants
CN100513954C (zh) * 2003-03-27 2009-07-15 Bp北美公司 将天然气加工成液体产品的集成处理工艺
US6662589B1 (en) 2003-04-16 2003-12-16 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated high pressure NGL recovery in the production of liquefied natural gas
US7127914B2 (en) * 2003-09-17 2006-10-31 Air Products And Chemicals, Inc. Hybrid gas liquefaction cycle with multiple expanders
US7155931B2 (en) * 2003-09-30 2007-01-02 Ortloff Engineers, Ltd. Liquefied natural gas processing
DE102004011483A1 (de) * 2004-03-09 2005-09-29 Linde Ag Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
US7204100B2 (en) * 2004-05-04 2007-04-17 Ortloff Engineers, Ltd. Natural gas liquefaction
ES2284429T1 (es) * 2004-07-01 2007-11-16 Ortloff Engineers, Ltd Procesamiento de gas natural licuado.
CN101014687B (zh) * 2004-09-08 2012-09-19 Bp北美公司 用于输送合成产物的方法
RU2395765C2 (ru) * 2005-02-17 2010-07-27 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Установка и способ для сжижения природного газа
DE102005010055A1 (de) * 2005-03-04 2006-09-07 Linde Ag Verfahren zum Verflüssigen eines Kohlenwasserstoff-reichen Stromes
US8181481B2 (en) * 2005-11-24 2012-05-22 Shell Oil Company Method and apparatus for cooling a stream, in particular a hydrocarbon stream such as natural gas
US20070204649A1 (en) * 2006-03-06 2007-09-06 Sander Kaart Refrigerant circuit
EP2024700A2 (en) * 2006-06-02 2009-02-18 Ortloff Engeneers, Ltd Liquefied natural gas processing
US20070283718A1 (en) * 2006-06-08 2007-12-13 Hulsey Kevin H Lng system with optimized heat exchanger configuration
EP2044376A2 (en) * 2006-07-21 2009-04-08 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method and apparatus for liquefying a hydrocarbon stream
WO2008019999A2 (en) * 2006-08-14 2008-02-21 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method and apparatus for cooling a hydrocarbon stream
RU2447382C2 (ru) * 2006-08-17 2012-04-10 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Способ и устройство для сжижения потока сырья, содержащего углеводороды
US20080078205A1 (en) * 2006-09-28 2008-04-03 Ortloff Engineers, Ltd. Hydrocarbon Gas Processing
NO328205B1 (no) * 2006-11-01 2010-01-11 Sinvent As Fremgangsmåte og prosessanlegg for kondensering av gass
US8590340B2 (en) * 2007-02-09 2013-11-26 Ortoff Engineers, Ltd. Hydrocarbon gas processing
US9869510B2 (en) * 2007-05-17 2018-01-16 Ortloff Engineers, Ltd. Liquefied natural gas processing
US20090025422A1 (en) 2007-07-25 2009-01-29 Air Products And Chemicals, Inc. Controlling Liquefaction of Natural Gas
US8919148B2 (en) * 2007-10-18 2014-12-30 Ortloff Engineers, Ltd. Hydrocarbon gas processing
NO328493B1 (no) * 2007-12-06 2010-03-01 Kanfa Aragon As System og fremgangsmåte for regulering av kjøleprosess
US20090282865A1 (en) 2008-05-16 2009-11-19 Ortloff Engineers, Ltd. Liquefied Natural Gas and Hydrocarbon Gas Processing
US9033191B2 (en) 2008-10-17 2015-05-19 Deka Products Limited Partnership Toy fluid pumping gun
US20100147024A1 (en) * 2008-12-12 2010-06-17 Air Products And Chemicals, Inc. Alternative pre-cooling arrangement
DE102009016046A1 (de) * 2009-04-02 2010-10-07 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion
US8434325B2 (en) 2009-05-15 2013-05-07 Ortloff Engineers, Ltd. Liquefied natural gas and hydrocarbon gas processing
US20100287982A1 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 Ortloff Engineers, Ltd. Liquefied Natural Gas and Hydrocarbon Gas Processing
US9021832B2 (en) * 2010-01-14 2015-05-05 Ortloff Engineers, Ltd. Hydrocarbon gas processing
US9441877B2 (en) 2010-03-17 2016-09-13 Chart Inc. Integrated pre-cooled mixed refrigerant system and method
KR20160049040A (ko) * 2010-03-25 2016-05-04 더 유니버시티 오브 맨체스터 냉동 방법
LT2561294T (lt) * 2010-03-31 2019-09-25 Linde Aktiengesellschaft Pagrindinio šilumokaičio balanso atkūrimas vamzdžio šoninio srauto skystinimo eigoje
AU2011261670B2 (en) 2010-06-03 2014-08-21 Uop Llc Hydrocarbon gas processing
DE102011015433A1 (de) * 2011-03-29 2012-10-04 Linde Ag Wärmetauschersystem
US20130269386A1 (en) * 2012-04-11 2013-10-17 Air Products And Chemicals, Inc. Natural Gas Liquefaction With Feed Water Removal
KR101392750B1 (ko) * 2012-06-29 2014-05-09 한국에너지기술연구원 천연가스 액화시스템 및 액화 방법
FR2993643B1 (fr) * 2012-07-17 2014-08-22 Saipem Sa Procede de liquefaction de gaz naturel avec changement de phase
CN102878779B (zh) * 2012-10-16 2015-01-14 中山大学 一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化系统
US11408673B2 (en) 2013-03-15 2022-08-09 Chart Energy & Chemicals, Inc. Mixed refrigerant system and method
US11428463B2 (en) 2013-03-15 2022-08-30 Chart Energy & Chemicals, Inc. Mixed refrigerant system and method
CA3140415A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Chart Energy & Chemicals, Inc. Mixed refrigerant system and method
CN103234326B (zh) * 2013-05-02 2015-11-25 中国海洋石油总公司 应用于基荷型天然气液化工厂的双混合冷剂液化系统
US20160097585A1 (en) * 2014-10-07 2016-04-07 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Apparatus for ethane liquefaction
CN104457137B (zh) * 2014-11-19 2015-07-15 杰瑞石油天然气工程有限公司 多组分制冷剂循环制冷液化天然气的系统及方法
AR105277A1 (es) 2015-07-08 2017-09-20 Chart Energy & Chemicals Inc Sistema y método de refrigeración mixta
CN105783420A (zh) * 2016-04-11 2016-07-20 中国海洋石油总公司 一种基于缠绕管式换热器的双冷剂循环天然气液化系统
AU2017249441B2 (en) 2016-04-11 2021-05-27 Geoff Rowe A system and method for liquefying production gas from a gas source
US10551118B2 (en) 2016-08-26 2020-02-04 Ortloff Engineers, Ltd. Hydrocarbon gas processing
US10533794B2 (en) 2016-08-26 2020-01-14 Ortloff Engineers, Ltd. Hydrocarbon gas processing
US10551119B2 (en) 2016-08-26 2020-02-04 Ortloff Engineers, Ltd. Hydrocarbon gas processing
US10323880B2 (en) * 2016-09-27 2019-06-18 Air Products And Chemicals, Inc. Mixed refrigerant cooling process and system
US10663220B2 (en) * 2016-10-07 2020-05-26 Air Products And Chemicals, Inc. Multiple pressure mixed refrigerant cooling process and system
FR3061278B1 (fr) * 2016-12-22 2019-08-16 Engie Dispositif et procede de liquefaction d'un gaz naturel et navire comportant un tel dispositif
US11428465B2 (en) 2017-06-01 2022-08-30 Uop Llc Hydrocarbon gas processing
US11543180B2 (en) 2017-06-01 2023-01-03 Uop Llc Hydrocarbon gas processing
US10753676B2 (en) 2017-09-28 2020-08-25 Air Products And Chemicals, Inc. Multiple pressure mixed refrigerant cooling process
US10852059B2 (en) * 2017-09-28 2020-12-01 Air Products And Chemicals, Inc. Multiple pressure mixed refrigerant cooling system
US20230272971A1 (en) * 2022-02-28 2023-08-31 Air Products And Chemicals, Inc, Single mixed refrigerant lng production process

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1135871A (en) * 1965-06-29 1968-12-04 Air Prod & Chem Liquefaction of natural gas
US3581511A (en) * 1969-07-15 1971-06-01 Inst Gas Technology Liquefaction of natural gas using separated pure components as refrigerants
US3763658A (en) 1970-01-12 1973-10-09 Air Prod & Chem Combined cascade and multicomponent refrigeration system and method
FR2123095B1 (ko) * 1970-12-21 1974-02-15 Air Liquide
DE2242998C2 (de) * 1972-09-01 1974-10-24 Heinrich 8100 Garmischpartenkirchen Krieger Verfahren und Anlage zur Erzeugung von Kälte mit einem inkorporierten Kaskadenkreislauf und einem Vorkühlkreislauf
US4094655A (en) * 1973-08-29 1978-06-13 Heinrich Krieger Arrangement for cooling fluids
DE2438443C2 (de) 1974-08-09 1984-01-26 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren zum Verflüssigen von Erdgas
FR2292203A1 (fr) 1974-11-21 1976-06-18 Technip Cie Procede et installation pour la liquefaction d'un gaz a bas point d'ebullition
US4065278A (en) 1976-04-02 1977-12-27 Air Products And Chemicals, Inc. Process for manufacturing liquefied methane
FR2471566B1 (fr) 1979-12-12 1986-09-05 Technip Cie Procede et systeme de liquefaction d'un gaz a bas point d'ebullition
US4404008A (en) 1982-02-18 1983-09-13 Air Products And Chemicals, Inc. Combined cascade and multicomponent refrigeration method with refrigerant intercooling
US4445916A (en) 1982-08-30 1984-05-01 Newton Charles L Process for liquefying methane
FR2545589B1 (fr) 1983-05-06 1985-08-30 Technip Cie Procede et appareil de refroidissement et liquefaction d'au moins un gaz a bas point d'ebullition, tel que par exemple du gaz naturel
US4504296A (en) 1983-07-18 1985-03-12 Air Products And Chemicals, Inc. Double mixed refrigerant liquefaction process for natural gas
US4525185A (en) 1983-10-25 1985-06-25 Air Products And Chemicals, Inc. Dual mixed refrigerant natural gas liquefaction with staged compression
US4545795A (en) 1983-10-25 1985-10-08 Air Products And Chemicals, Inc. Dual mixed refrigerant natural gas liquefaction
US4755200A (en) 1987-02-27 1988-07-05 Air Products And Chemicals, Inc. Feed gas drier precooling in mixed refrigerant natural gas liquefaction processes
FR2751059B1 (fr) 1996-07-12 1998-09-25 Gaz De France Procede et installation perfectionnes de refroidissement, en particulier pour la liquefaction de gaz naturel
MY117548A (en) * 1998-12-18 2004-07-31 Exxon Production Research Co Dual multi-component refrigeration cycles for liquefaction of natural gas

Also Published As

Publication number Publication date
ES2234496T3 (es) 2005-07-01
CA2322399C (en) 2003-12-16
EP1092932A1 (en) 2001-04-18
CN1129764C (zh) 2003-12-03
ATE284524T1 (de) 2004-12-15
TW472131B (en) 2002-01-11
NO321734B1 (no) 2006-06-26
CA2322399A1 (en) 2001-04-12
AU6250900A (en) 2001-04-26
CN1291710A (zh) 2001-04-18
DE60016536D1 (de) 2005-01-13
NO20005108D0 (no) 2000-10-11
JP2001165560A (ja) 2001-06-22
NO20005108L (no) 2001-04-17
MY122577A (en) 2006-04-29
BR0004715A (pt) 2001-05-29
EP1092932B1 (en) 2004-12-08
DE60016536T2 (de) 2005-04-07
AU736738B2 (en) 2001-08-02
JP3615141B2 (ja) 2005-01-26
US6347532B1 (en) 2002-02-19
KR20010067317A (ko) 2001-07-12
ID27541A (id) 2001-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100381109B1 (ko) 혼합 냉매를 중간 온도에서 부분적으로 응축시키는 기체액화 방법
US6308531B1 (en) Hybrid cycle for the production of liquefied natural gas
US5036671A (en) Method of liquefying natural gas
JP4980051B2 (ja) ガス液化用一体型多重ループ冷却方法
US6347531B1 (en) Single mixed refrigerant gas liquefaction process
CA1232532A (en) Double mixed refrigerant liquefaction process for natural gas
RU2307297C2 (ru) Объединенный многоконтурный способ охлаждения для сжижения газа
MXPA06002864A (es) Ciclo de licuefaccion de gas hibrido con multiples expansores.
KR20000052434A (ko) 가스 액화용 이원 혼합 냉매 사이클
JP3965444B2 (ja) 天然ガスの液化のための方法と設備
JPH09194862A (ja) ２段階で天然ガスなどの気体混合物を液化する方法および装置
EP0990108B1 (en) Two staged refrigeration cycle using a multiconstituant refrigerant

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20070330

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee