KR100447462B1 - 액화될 천연 가스 공급 스트림으로부터 메르캅탄을 분리하는 방법 - Google Patents

액화될 천연 가스 공급 스트림으로부터 메르캅탄을 분리하는 방법 Download PDF

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Abstract

메르캅탄을 함유하는 천연 가스의 액화공정이 개시된다. 이 메르캅탄은, 메르캅탄을 제거하기 위한 특별한 사전처리없이, 공급 가스 스트림을 증류함으로써 증류 스트림으로 농축된다. 그래서, 메르캅탄 제거 설비가 훨씬 작게 되는데, 그 이유는 공정중 흐름량이 훨씬 낮은 지점에서 메르캅탄 처리를 실시할 수 있기 때문이다. 메르캅탄의 흡수를 촉진시키기 위해, 처리된 증류 스트림의 일부를 상류의 증류 단계에 재도입할 수 있다.

Description

액화될 천연 가스 공급 스트림으로 부터 메르캅탄을 분리하는 방법{A METHOD FOR SEPARATING MERCAPTANS FROM A NATURAL GAS FEED STREAM TO BE LIQUEFIED}
본 발명은 천연 가스의 액화방법에 관한 것으로서, 더 상세히는 메르캅탄을 함유하는 천연 가스 공급 스트림으로 부터의 천연 가스의 액화에 관한 것이다.
액화용의 생 천연 가스는 일반적으로 비교적 깨끗하다. 생 가스가 물, 이산화탄소, 및 황화수소 등의 불순물을 함유하는 경우, 이 가스는 액화이전에 상기 불순물을 제거하기 위한 처리과정을 거친다. 전 세계에 미치는 생성 가스의 대부분은 취급과 수송의 용이함을 위해 액화처리되기 때문에, 생 천연 가스 스트림은 종종 과도한 레벨의 메르캅탄을 함유하게 된다.
종래, 이러한 메르캅탄은 천연 가스 공급 스트림을 물리적 또는 화학적 용제로 사전처리하거나, 또는 분자 체로 사전처리함으로써 제거되었다. 메르캅탄의 함유 레벨이 높은 경우에는, 이산화탄소와 황화수소 처리공정에 추가하여 메르캅탄에 특유한 제거기술을 사용해야만 한다.
물리적 또는 화학적 용제 장치를 사용하는 것은 비용이 많이 들며, 작동의 견지에서 볼때도 복잡하다. 다른 한편으로, 분자 체를 사용하는 데에는 아주 큰베드가 필요케 되는데, 이러한 베드 재생에는 가스 공급 스트림의 80% 정도의 재생 가스 부피가 요구된다· 또한, 재생에 의해 생성된 오프 가스(off gas)는 메르캅탄 농도가 매우 높다. 이러한 재생 오프 가스에서의 메르캅탄의 고농도는 전형적으로 너무 심해서 연료 가스 장치에 의해서는 극복할 수가 없다. 또한, 대형 분자 체의 재생은 연료 가스 장치에 도입된 중 탄화수소, 프로판, 및 부탄의 실질적인 변동을 초래하게 된다.
이러한 점을 감안하여, 본 발명은, 전술한 종래기술의 천연 가스 사전처리 방법과 관련한 문제점 및 단점을 극복할 수 있는 함-메르캅탄 생 천연 가스를 액화시키는 방법 및 액화될 천연 가스 공급 스트림으로 부터 메르캅탄을 분리하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1 은 메르캅탄의 제거를 위해 처리되어 그 일부가 제거관에 재순환된 탈프로판기 및 탈부탄기 오버헤드 스트림들을 나타내는 본 발명의 일 실시예에 따른 천연 가스 액화 방법의 공정 흐름도.
도 2 는 메르캅탄의 제거를 위해 처리되어 그 일부가 제거관에 재순환된 각 분별단계의 오버헤드 스트림들을 나타내는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 천연 가스 액화 방법의 공정 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10,10' : 천연 가스 액화 공정
12 : 메르캅탄 제거단계 14 : 제거관
18 : 사전처리 단계 20 : 공급 스트림
26 : 저온냉각 단계 32 : 탈에탄기
34 : 탈프로판기 36 : 탈부탄기
본 발명은, 메르캅탄을, 함-메르캅탄 생 천연 가스 공급 스트림을 증류함으로써 얻어지는 하나 또는 그 이상의 증류 스트림으로 농축시킬 수 있다는 발견에 기초한 것으로서, 이러한 본 발명에 의하면, 메르캅탄을 제거하기 위한 천연 가스 공급 스트림의 특별한 사전처리가 필요없다. 이에 필요한 메르캅탄 제거 설비는, 메르캅탄이 증류 스트림으로 농축되기 때문에, 훨씬 더 작다. 그 결과, 종래기술의 사전처리 방법에서 소요되는 설비 비용에 비하여 메르캅탄 제거설비에 드는 비용이 실질적으로 줄어 들며, 또한 설비의 설치비용도 실질적으로 줄어 든다.
본 발명은 액화될 천연 가스 공급 스트림으로 부터 메르캅탄을 분리하는 방법을 제공한다. 이 방법은, (a) 공급 스트림을 환류 제거관에 도입하여, 중 탄화수소와 에탄이 많은 액체 바닥 스트림과 오버헤드 메탄 스트림을 형성하는 단계와, (b) 상기 (a) 단계로 부터의 바닥 스트림을 분별하여, 중 탄화수소와 펜탄을 함유하는 천연 가스 액체 스트림, 및 주로 에탄, 프로판, 및 부탄을 함유하는 하나 또는 그 이상의 오버헤드 스트림을 형성하는 단계와, (c) 상기 (b) 단계로 부터의 오버헤드 스트림중의 하나 이상으로 부터 메르캅탄을 제거하여, 메르캅탄이 적은 스트림을 형성하는 단계와, (d) 상기 (a) 단계로 부터의 오버헤드 스트림을 부분적으로 응축시키고 분리하여, 증기 및 액체 스트림을 형성하는 단계와, (e) 적어도 상기 (d) 단계로 부터의 액체 스트림의 일부를 적어도 환류의 일부로서 상기 (a) 단계의 제거관에 재순환시키는 단계와, (f) 상기 (d) 단계로 부터의 증기 스트림을 냉각하여 액화 천연 가스 스트림을 형성하는 단계들을 포함한다. 필요하다면, 상기 (a) 단계의 도입 이전에 종래와 같이 공급 스트림을 사전처리하여 산성 가스 및 물을 제거할 수 있다. 이 사전처리 단계는, 예컨대 황화수소 제거단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 방법은, 상기 (d) 단계에서의 부분적인 응축 및 분리를 위해 상기 (a) 단계로 부터의 오버헤드 메탄 스트림에 적어도 상기 (c) 단계로 부터의 상기 메르캅탄이 적은 스트림의 일부를 첨가하는 단계를 추가로 포함한다. 본 발명의 방법은, 약 4 ppm 이상의 메르캅탄 농도를 갖는 공급 스트림의 처리에 적용이 가능하며, 특히 약 50 ppm 이상의 메르캅탄 농도를 갖는 공급 스트림의 처리에 유리하다. 상기 (d) 단계로 부터의 증기 스트림은 바람직하게는 상기 천연 가스 공급 스트림에서 본래의 메르캅탄 농도의 약 20 중량% 미만의 메르캅탄 농도를 포함하며, 더 바람직하게는 상기 (d) 단계로 부터의 증기 스트림의 10 ppm 미만의 메르캅탄 농도를 포함한다.
일련의 증류단계와 관련한 상기 분별단계(b)는 먼저 탈에탄기 단계, 즉 상기 (a) 단계로 부터의 바닥 스트림을 탈에탄기(deethanizer)에 공급하여 이 바닥 스트림을 증류시킴으로써 에탄이 거의 없는 바닥 스트림과 에탄 오버헤드 스트림을 형성하는 단계를 포함한다. 그 다음, 상기 탈에탄기로 부터의 바닥 스트림을 탈프로판기(depropanizer)에 공급하여 증류시킴으로써 프로판이 거의 없는 바닥 스트림과 프로판 오버헤드 스트림을 형성한다. 유사하게, 상기 탈프로판기로 부터의 바닥 스트림을 탈부탄기(debutanizer)에 공급하여 증류시킴으로써 부탄이 거의 없는 바닥 천연 가스 액체 스트림과 부탄 오버헤드 스트림을 형성한다.
바람직하게는, 프로판 및 부탄 오버헤드 스트림들을 메르캅탄의 제거를 위해 상기 (c) 단계에서 복합시켜, 주로 프로판 및 부탄을 함유하는, 메르캅탄이 적은 스트림을 형성한다. 바람직하게는, 상기 (b) 단계로 부터의 에탄 오버헤드 스트림과 상기 (f) 단계에서의 냉각용인 상기 (d) 단계로 부터의 증기 스트림을 복합시켜 액화 천연 가스 스트림을 형성한다. 필요하다면, 상기 액화 천연 가스 스트림으로 부터 질소를 제거하여, LNG 생성 스트림을 형성하는 단계(g)를 포함할 수가 있다.
상기 제거관은 비교적 높은 공급/환류비에서의 작동이 가능하며, 종래의 제거관에 비하여 더 많은 평형단계를 갖는다. 즉, 바람직하게는 공급/환류 중량비가 0.5 이상이며, 더 바람직하게는 1.0 이상이다. 일반적으로, 평형단계는 5 이면 층분하지만, 제거관으로 부터 오버헤드 스트림의 메르캅탄 함량을 줄이기 위해 8 또는 그 이상의 평형단계가 바람직하다.
상기 메르캅탄 제거 단계는 분자 체 유닛을 이용하여 실시할 수가 있다. 바람직하게는, 상기 분자 체 유닛은 두개의 베드가 제 3 베드와 동시적인 재생을 하도록 되어 있으며 메르캅탄 제거처리의 대체용으로 배열된 세개의 베드를 포함한다. 또다르게는, 상기 메르캅탄 제거 단계는 부식제 씻기를 이용하여 실시할 수가 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 더 상세히 설명한다.
유사한 부분들에 대해서 동일 도면부호를 사용한 도 1 내지 2 를 참조하면, 본 발명의 천연 가스 액화 공정(10,10')은 제거관(14)의 하류부에 메르캅탄 제거단계(12)를 기용하고 있다. 생 천연 가스 스트림은 상승된 메르캅탄 농도를 포함할 뿐만 아니라 물, CO2, 수은, 황화수소 등의 공지의 불순물도 포함하고 있다. 생 가스 스트림은 선(16)을 통해 비-메르캅탄 불순물의 제거를 위한 사전처리 단계(18)에 보내진다. 기상의 벌크 페이즈로 부터 불순물을 분리하는 임의의 방법을 사용할 수 있다. 공지된 방법들중에는 분자 체, 이온 교환 등의 흡착법 ; 및 적당한 액상의 화학적 또는 물리적 용제를 이용한 흡착법이 있다.
처리된 함-메르캅탄 스트림은 사전처리 단계(18)다음에 선(20)을 통해 제거관(14)에 도입된다. 이 제거관(14)에 도입되는 공급 스트림(20)은 일반적으로 약 4 몰 ppm 이상, 바람직하게는 약 50 몰 ppm 이상의 메르캅탄 농도를 갖는다. 상기 제거관(14)에서는 C2및 고 분자량의 탄화수소가 실질적으로 메탄 및 경 성분(즉, 질소)으로 부터 분리되고, 공급 스트림(20)에서의 메르캅탄 레벨이 액화 천연가스(LNG)생성물용에 근접한 농도로 줄어 든다. 상기 제거관(14)으로 부터는, 주로 메탄을 함유하는, 메르캅탄이 적은 오버헤드 스트림이 저온 냉각단계(26)에서의 액화를 위한 선(24)을 통해 제거된다. C2및 중 성분을 많이 함유하는, 메르캅탄이 많은 바닥 스트림은 선(28)을 통해 제거관(14)으로 부터 제거되고 난 다음, 응결 조성용의 에탄과 프로판, 및 천연 가스 액체(NGL)의 회수를 위해분별단계(30)에 보내진다.
제거관(14)의 작동 및 구성은 종래기술에서 잘 알려져 있다. 제거관 구성을 지배하는 표준은 LNG 생성물의 메르캅탄 레벨 및 요망 열함량을 포함하고, 또한본래의 천연 가스 액화 공급 스트림에 함유된 응결성분의 제거 진척도를 포함한다. 제거관은 전형적으로 5 내지 8 또는 그 이상의 트레이를 가지며, 공급 대 환류 중량비는 약 0.5 이상, 바람직하게는 1.0 이상이다.
공급 스트림(20)에서의 메르캅탄의 80 몰% 또는 그 이상이 추가의 환류없이 바닥 스트림(28)에서 제거관(14)을 빠져나와 분별단계(30)의 탈프로판기 및 탈부탄기 오버헤드 스트림들로 농축되므로, 메르캅탄 제거를 공정중에 흐름량, 즉 처리되는 물질의 양이 크게 줄어 든 지점에서 가장 유리하게 실시할 수 있다.
분별단계(30)는, 바람직하게는, 각각 에탄, 프로판, 부탄 및 NGL 생성물의 회수를 위해, 종래의 방식으로 작동되는 탈에탄기 관(32), 탈프로판기 관(34), 및 탈부탄기 관(36)을 포함한다. 탈에탄기(32)는 메르캅탄을 합유하는 중 성분과 프로판으로 부터 경 성분과 에탄을 실질적으로 분리한다. 적은 양의 메탄과 주로 에탄을 함유하는, 메르캅탄이 적은 오버헤드 증기 스트림은 LNG 생성물에의 추가를 위해 선(38)을 통해 탈에탄기(32)로 부터 제거된다. 에탄을 함유하는 측의 스트림은 에탄-기재 응결제용의 조성(make-up)으로서 선(40)을 통해 탈에탄기(32)로 부터 제거된다.
중 성분과 프로판을 함유하는, 메르캅탄이 많은 바닥 스트림은 탈에탄기(32)로 부터 선(42)을 통해 탈프로판기(34)에 보내진다· 탈프로판기(34)는 중 탄화수소 성분과 부탄으로 부터 실질적으로 프로판을 분리한다. 본래 공급 스트림(20)에 현재하지만 이제는 탈프로판기 공급 스트림(42)에 함유된 메르캅탄은, 대부분의 메르캅탄이 바닥 스트림에 농축되어 있는 바닥 스트림과 오버헤드 스트림 사이에서 분해된다. 대부분의 메르캅탄과 프로판을 함유하는 액체 오버헤드 스트림은 탈프로판기(34)로 부터 제거되어 선(44)을 통해 메르캅탄 제거 장치(12)에 보내진다. 측방의 스트림은 프로판 응결제 조성으로서 선(45)을 통해 제거할 수가 있다.
본래 공급 스트림(20)에 현재한 대부분의 메르캅탄과 중 탄화수소와 부탄을주로 함유하는 탈프로판기(34)로 부터의 바닥 스트림은 선(46)을 통해 탈부탄기(36)에 보내진다. 탈부탄기(36)는 NGL 생성물을 포함한 바닥 스트림으로서의 중 탄화수소 및 펜탄으로 부터 부탄을 액체 오버헤드 스트림으로서 실질적으로 분리한다. 또한, 탈부탄기 공급 스트림(46)에 현재한 메르캅탄은 오버헤드 및 바닥 스트림 사이에서 분해되어, 상기 공급 스트림(46)에 현재한 대부분의 메르캅탄은 약간이 바닥 스트림에 남아 있는 오버헤드 스트림으로 농축된다. 공급 스트림(46)에 현재한 대부분의 메르캅탄과 부탄을 함유하는 액체 오버헤드 스트림은 선(48)을 통해 상기 탈부탄기(36)로 부터 제거되어 메르캅탄 제거 장치(12)에 보내진다. 탈부탄기 공급 스트림에 현재한 약간의 메르캅탄을 함유하는 NGL 생성물은 선(50)을 통해 탈부탄기(36)로 부터 다른 곳으로 보내진다.
탈프로판기(34) 및 탈부탄기(36)로 부터 제거된 함-메르캅탄 오버헤드 스트림(44,48)은 바람직하게는 복합되어 선(52)을 통해 메르캅탄 제거 장치(12)에 도입된다. 이 메르캅탄 제거 장치(12)는, 공급 스트림(52)의 물리적 상태에 따라, 분자 체 흡착, 탄소 흡착, 부식 흡착, 물리적 용제 흡착, 화학적 용제 흡착 등을 포함하는 기술에서 공지된 적정 정제수단을 포함할 수 있다. 분자 체를 사용하는 경우에는, 병렬 또는 직렬로 가동되는 두개의 베드와 재생 모드의 일 베드를 갖는 세개의 베드 형상(도시되지 않음)이 바람직하다. 액체 프로판 및 부탄(즉,액화 프로판 가스(LPG))를 함유하는, 실질적으로 메르캅탄이 없는 스트림은 메르캅탄 제거 장치(12)로 부터 선(54)을 통해 다른 곳으로 보내진다. 분자 체 베드의 재생은 연료 가스 장치(도시되지 않음)에서의 처분을 위해 선(56)을 통해 다른 곳으로 향한, 메르캅탄이 많은 스트림을 형성한다.
메르캅탄이 적은 LPG 스트림(54)의 제 1 부분은 선(58)을 통해 저품질의 오일 환류로서 제거관(14)에 재주입된다. LPG 스트림(54)의 제 2 부분은 후술하는메르캅탄이 적은 액체 스트림에의 추가를 위해 선(60)을 통해 냉각단계(26)로 보내져 LNG 생성물을 형성한다. 재주입 스트림(58)은 바람직하게는 재주입 냉각기(도시되지 않음)에 의해 냉각되어 제거관(14)으로 부터의 메탄이 많은 오버헤드 스트림(24)과 복합된다. 복합된 재주입 스트림은 저온 냉각단계(26)에 배치된 워엄 응축기 번들(66)을 선(64)을 통해 통과한다. 이 응축기 번들(66)은 복합된 스트림(64)의 일부를 응축시키기 위한 온도로 작동한다. 워엄 응축기 번들(66)로 부터 제거된 스트림이 선(68)을 통해 증기-액체 분리 드럼(70)으로 보내져, 함-메탄 증기로 부터 환류 스트림이 분리된다. 이 환류 스트림은 바닥 스트림(28)에의 메르캅탄 분포를 용이하게 하기 위한 흡수제로서 선(72)을 통해 제거관(14)에 도입된다.
주로 메탄을 함유하는, 메르캅탄이 적은 증기 스트림은 상기 드럼(70)으로 부터 제거되어 선(74)을 통해 상기 저온 냉각단계(26)에 배치된 콜드 응축기 번들(76)에 보내진다. 번들(76)은 메탄이 많은 스트림(74)을 응축시키는데 적합한 응결제를 이용한 온도로 작동한다. 메르캅탄이 적은, LNG 생성물의 벌크를 포함하는 액체 메탄 스트림은 번들(76)로 부터 선(78)을 통해 제거된다. 바람직하게는, 메탄 증기 측방 스트림은 메탄 응결장치(도시되지 않음)에서 응결제 조성으로서 드럼(70)으로 부터 선(80)을 통해 제거된다.
제거관(14)에 재주입되지 않은 LPG 스트림(54)의 나머지 부분은 바람직하게는 선(60)을 통해 탈에탄기(32)의 오버헤드 스트림(38)과 복합되어, 선(82)을 통해 냉각단계(26)에 도입되며, 액체 메탄 스트림(78)과 복합되어 선(84)에서 메르캅탄이 적은 LNG 스트림을 형성한다. 이 스트림(84)은 공급 스트림(20)에서의 약 20 중량% 메르캅탄 농도 이하의 메르캅탄 농도를 포함한다. 결과적으로, 이 스트림(84)은 50 몰 ppm 이하, 바람직하게는 10 몰 ppm 이하의 메르캅탄 농도를 갖는다.
질소는 바람직하게는 LNG 스트림(84)으로 부터 질소 제거장치(86)에서 일반적으로 분별 또는 또다른 종래의 질소 제거 절차에 의해 제거된다. 요망 내역보다도 더 적은 메르캅탄 농도를 갖는 마무리된 LNG 생성물 스트림은 상기 질소 제거장치(86)로 부터 선(88)을 통해 제거된다.
도 2 에 나타낸 바와 같은 분별단계(30')를 갖는 또다른 실시예(10')에서는, 탈에탄기 관(32)이 바람직하게는 총부피인 환류에서 작동한다. 액체상태를갖는 오버헤드 스트림(101)은 탈에탄기(32)로 부터 빠져나와, 탈프로판기와 탈부탄기(34,36)로 부터의 액체 함-메르캅탄 오버헤드 스트림(44,48)과 복합되어, 선(102)에서 액체 C1-4응집 스트림을 형성한다. 메르캅탄은 상기 응집 스트림(102)으로부터 메르캅탄 제거장치(12)에서 제거되어 메르캅탄이 적은 응집 스트림을 생성한다.
상기 메르캅탄이 적은 응집 스트림의 제 1 부분은 저품질의 오일 환류로서 선(104)을 통해 제거관에 재주입되며, 제 2 부분 또는 나머지 부분은 선(106)을 통해 액체 메탄 스트림(78)에 도입되어 저-메르캅탄 LNG 생성물을 형성한다.
실시예
본 발명의 천연 가스 액화 공정은 메르캅탄의 물질균형(materia1 balance)을 결정하고 구성의 표준을 최적하게 하며 최적한 균형치를 평가하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 분석된다. 계산의 기본은 제거관(14)에 대한 천연 가스 공급 흐름량이 22,100 kmol/hr 이다. 천연 가스 공급은 약 80 몰%의 메탄, 7 몰%의 에탄, 2 몰%의 프로판, 2 몰%의 부탄, 1 몰%의 C5+, 8 몰%의 질소 및 320 ppm 의 메르캅탄의 조성을 갖는다. 표준작동하는 제거관(14)은 0.94 C1/C2비와 -51℃의 오버헤드 온도를 갖는다. 물질균형에서의 메르캅탄 조성은 20%의 메틸메르캅탄, 60%의 에틸메르캅탄, 16%의 프로필메르캅탄, 3%의 부틸메르캅탄 및 1%의 카르보닐 설파이드이다.
물질균형에서 만들어진 단순화 가정은 제거관 바닥의 모든 C1-2가 탈에탄기오버헤드를 빠져나가, 탈프로판기 오버헤드가 모든 C3를 포함하고 탈부탄기 오버헤드가 C4's 를 포함한다는 것이다. 재생력 평가는 워엄 번들(66) 응결률의 각각의 추가 kW에 대해 응결력이 1 kW 증가하고 재주입 냉각기(도시되지 않음)의 프로판 응결률의 각각의 추가 kW 에 대해 응결력이 0.5 kW 증가하는 것을 예상한 공지의 파워에 대비한 온도곡선에 기초한 것이다. 펌프력과 물냉각률에 대한 효과는 무시된다.
제거관(14)의 작동은 재순환 주입점, 단계의 수, 재순환 형상, 즉 분별단계(3O')의 모든 C1-4오버헤드의 재순환 또는 탈프로판기(34) 및 탈부탄기(36)의 C3-4오버헤드에 한정된 재순환을 포함하는 파라미터에 대해서 최적이다. 조사된 다른 파라미터는 재순환 조성과 흐름량이다.
시뮬레이션 결과는 요망 재주입점이 제거관(14)의 오버헤드내에 있음을 지적한다. 세개의 추가 단계는 공급점 아래에 추가되고, 시뮬레이션은 5 및 8 단계에 대해 수행된다. 추가단계는 요망 추가 재생력을 약 10% 정도 감소시킨다.
C1-4오버헤드의 재순환은 분별단계 관에 있어서의 요망되는 직경증가 및 C3-4오버헤드의 재순환에 비한 응결력의 견지에서 큰 차이가 없다. C3-4오버헤드에 대한 재순환 제한은 메르캅탄 제거장치(12)의 크기를 줄게 하고 상기 메르캅탄 제거장치(12)의 상류부에 있는 탈에탄기 오버헤드 증기(38)를 응축시켜야 하는 필요를 없앤다.
재순환 스트림(58)의 C3에 대한 C4의 비는 최적이다. 응집 C3-4오버헤드에 현재하는 정상비로의 개시, C3비율의 증가는 높은 회수율을 초래하기도 하지만또한 제거관 오버헤드 스트림(24)에서 잃은 프로판의 양을 증가시킨다. 하지만, 재순환율을 증가시키지 않고서(한도를 초과하지 않고서) C3/C4비를 정상치에 유지함으로써 LNG 내역은 부합하며 응결제 조성을 위한 충분한 프로판이 발생한다. 물질균형에 의해 지적되는 바와 같이 정상 C3/C4비를 0.82 로 하면, 제어하에 있는 제거관 오버헤드 스트림(24)에서의 프로판 손실을 갖는 8 (몰) ppm 의 메르캅탄 농도의 LNG 내역에 부합하기 위해 534 kmol/hr 의 재순환율이 요구된다. 재순환율에 대한 메르캅탄 농도의 관계는 재순환율의 증가가 비교적 적은 향상 결과를 주고 있음을 지적한다.
시뮬레이션 결과의 비교는 표에 나타낸 바와 같다. 도 1 에 나타낸 바와 같은 C3-4탈프로판기/탈부탄기 오버헤드 재순환 형상은 메르캅탄에 대해 755 kmol/hr LPG 액체 스트림의 처리와 처리된 액체의 70% 를 제거관(12) 및 분별단계(30)에 재순환하는 것만을 요한다. 전방 끝의 메르캅탄 제거를 갖는 종래기술에 비하여, 분자 체 흡착기의 부피 및 재생 가스 흐름량이 80% 정도 감소될 수 있어서, 종래 기술의 액체 추출장치를 제거할 수 있다. 제거관 오버헤드에 재순환된 534 kmol/hr 의 LPG 액체를 갖는 트레이드오프(tradeoff)로서, 분별단계(30)의 관직경은 60 - 80% 증가하고 액화 응결력은 약 3.7 MW 증가하는데,이중 1.7 MW 는 워엄 응축기 번들(66)용이고 0.9 MW 는 LPG 재주입 냉각기(도시되지 않음)용이며 1.1 MW 는 탈에탄기 오버헤드 응축기(도시되지 않음)용이다. 응결력의 증가는 LNG 용량이 3% 증가하고 자본 및 작동비용이 절감함을 암시한다.
Figure pat00001
앞서 서술한 설명과 실시예에 의해 본 발명의 천연 가스 액화 공정을 설명하였다. 전술한 설명은 비제한적이며, 많은 변화가 가능함은 당업자들에게 자명하다. 그러므로, 부속 청구항의 정신 및 범위내에서 변형이 가능하다.
천연 가스 액화 공급 스트림을, 메르캅탄의 제거를 위한 특별한 초기의 사전처리없이 증류처리에 의해 분별함으로써, 메르캅탄 불순물이 증류 스트림으로 농축된다. 이에 의해 형성된, 메르캅탄이 많은 증류 스트림은 메르캅탄 제거 처리를 거치고, 바람직하게는 이의 일부는 메르캅탄 흡수제로서 분별단계에 재순환된다. 액화 공급 스트림에서의 메르캅탄의 특별 사전처리를 피하고 메르캅탄 처리를 하류부에 위치시킴으로써, 메르캅탄 제거 설비의 크기와 설치비용을 크게 줄일 수가 있다. 또한 분자 체 베드를 사용하므로, 작은 부피의 재생 오프 가스가 생성되어 상기 오프 가스를 받는 연료 가스 장치에 대한 부담을 피할 수 있다.

Claims (11)

  1. 액화될 천연 가스 공급 스트림으로 부터 메르캅탄을 분리하는 방법으로서,
    (a) 공급 스트림을 환류 제거관에 도입하여, 중 탄화수소와 에탄이 많은 액체 바닥 스트림과, 오버헤드 메탄 스트림을 형성하는 단계와,
    (b) 상기 (a) 단계로 부터의 바닥 스트림을 분별하여, 중 탄화수소와 펜탄을 함유하는 천연 가스 액체 스트림, 및 주로 에탄, 프로판, 및 부탄을 함유하는 하나 또는 그 이상의 오버헤드 스트림을 형성하는 단계와,
    (c) 상기 (b) 단계로 부터의 오버헤드 스트림중의 하나 이상으로 부터 메르캅탄을 제거하여, 메르캅탄이 적은 스트림을 형성하는 단계와,
    (d) 상기 (a) 단계로 부터의 오버헤드 스트림을 부분적으로 응축시키고 분리하여, 증기 스트림 및 액체 스트림을 형성하는 단계와,
    (e) 상기 (d) 단계로 부터의 액체 스트림의 적어도 일부를 상기 (a) 단계의 제거관에 환류액의 적어도 일부로서 재순환시키는 단계와,
    (f) 상기 (d) 단계로 부터의 증기 스트림을 냉각하여, 액화 천연 가스 스트림을 형성하는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 (a) 단계의 도입 이전에 공급 스트림을 사전처리하여 산성 가스 및 물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 공급 스트림은 약 4 ppm 이상의 메르캅탄 농도를 갖고, 상기 (d) 단계로 부터의 증기 스트림은 상기 공급 스트림에서 약 20 중량% 미만의 메르캅탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 (d) 단계로 부터의 증기 스트림은 약 10 ppm 미만의 메르캅탄 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 (d) 단계에서의 부분적인 응축 및 분리를 위해 상기 (a) 단계로 부터의 오버헤드 메탄 스트림에 상기 (c) 단계로 부터의 상기 메르캅탄이 적은 스트림의 적어도 일부를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 (b) 단계의 분별단계는
    (1) 상기 (a) 단계로 부터의 바닥 스트림을 탈에탄기에 공급하여, 에탄이 거의 없는 바닥 스트림과, 에탄 오버헤드 스트림을 형성하는 단계와,
    (2) 상기 (1) 단계로 부터의 바닥 스트림을 탈프로판기에 공급하여, 프로판이 거의 없는 바닥 스트림과, 프로판 오버헤드 스트림을 형성하는 단계와,
    (3) 상기 (2) 단계로 부터의 바닥 스트림을 탈부탄기에 공급하여, 천연 가스 액체 스트림과 부탄 오버헤드 스트림을 형성하는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 (b) 단계로 부터의 프로판 및 부탄 오버헤드 스트림들을 복합시켜 상기 (c) 단계에서 메르캅탄의 제거를 행하고, 에탄이 거의 없는, 주로 프로판과 부탄을 함유하는, 메르캅탄이 적은 스트림을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 (b) 단계로 부터의 에탄 오버헤드 스트림과 상기 (d) 단계로 부터의 증기 스트림을 복합시켜 상기 (f) 단계에서 냉각을 행하여, 액화 천연 가스 스트림을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 (f) 단계로 부터의 액화 천연 가스 스트림으로 부터 질소를 제거하여, LNG 제품 스트림을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제거관은 0.5 이상의 공급/환류 중량비로써 작동되고, 5 이상의 평형단을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제거관은 1.0 이상의 공급/환류 중량비로써 작동되고, 8 이상의 평형단을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
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