KR100891907B1 - Integrated ngl recovery in the production of liquefied natural gas - Google Patents
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Abstract
천연 가스의 액화 및 메탄보다 중질인 성분의 회수 방법으로서, 천연 가스가 냉각되고 메탄 강화 탑정 증기 및 메탄보다 중질인 성분 강화 하부 류로 제1 증류 컬럼에서 분리되고, 제1 증류 컬럼은 액화 메탄 함유 환류 류를 이용하는 방법. 이 환류 류는 탑정 증기의 응축된 일부 또는 추후 데워지는 전부 응축된 탑정 증기의 일부에 의해 제공될 수 있다. 하부 류는 하나 이상의 추가 증류 컬럼에서 분리되어 하나 이상의 생성물 류를 제공할 수 있고, 이들 중 임의의 것은 회수 탄화수소로서 부분 또는 전부 인출된다. 미회수 액체 탄화수소 류는 탑정 증기의 응축된 부분 또는 추후 데워지는 전부 응축된 탑정 증기의 일부와 조합될 수 있다.A method of liquefaction of natural gas and recovery of components heavier than methane, wherein the natural gas is cooled and separated from the first distillation column with methane enriched overhead steam and component enrichment bottoms heavier than methane, the first distillation column being reflux containing liquefied methane How to use the ryu. This reflux can be provided by a condensed portion of the overhead steam or by a portion of the fully condensed overhead steam which is subsequently warmed. The bottoms stream can be separated in one or more further distillation columns to provide one or more product streams, any of which are withdrawn partially or fully as recovered hydrocarbons. The unrecovered liquid hydrocarbons can be combined with the condensed portion of the overhead steam or with the portion of the totally condensed overhead steam which is subsequently warmed up.
액화 천연 가스 Liquefied natural gas
Description
본 발명은 천연 가스의 액화 및 천연 가스로부터 메탄보다 중질인 성분의 회수 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for the liquefaction of natural gas and the recovery of components heavier than methane from natural gas.
원료 천연 가스는 주로 메탄을 주로 포함하며 또한 많은 소량 성분들을 함유하며, 이는 물, 황화수소, 이산화탄소, 수은, 질소, 및 2 내지 6개의 탄소 원자를 전형적으로 갖는 경질 탄화수소를 포함할 수 있다. 물, 황화수소, 이산화탄소 및 수은과 같은 이들 성분 중 몇몇은 액화 천연 가스(LNG)의 생산 또는 천연 가스 처리와 같은 하류 단계에 해로운 오염물이며, 이들 오염물은 이들 처리 단계의 상류에서 제거되어야 한다. 메탄보다 중질인 탄화수소는 전형적으로 천연 가스 액체(NGL)로서 응축 및 회수되며, 분별되어 가치있는 생성물들을 생성한다.The raw natural gas mainly contains methane and also contains many minor components, which may include water, hydrogen sulfide, carbon dioxide, mercury, nitrogen, and light hydrocarbons typically having 2 to 6 carbon atoms. Some of these components, such as water, hydrogen sulfide, carbon dioxide and mercury, are contaminants that are harmful to downstream stages, such as the production of liquefied natural gas (LNG) or natural gas treatment, and these contaminants must be removed upstream of these treatment stages. Hydrocarbons heavier than methane are typically condensed and recovered as natural gas liquids (NGL) and fractionated to produce valuable products.
NGL 회수 공정에서의 제1단계는 증류 컬럼 또는 스크럽(scrub) 컬럼을 이용하여, 전처리된 천연 가스 공급물로부터 메탄보다 중질인 탄화수소를 분리하여 액화를 위해 정제된 메탄 및 분리 및 회수를 위해 NGL을 생성한다. 이 공정은 상당한 양의 냉장을 필요로 하는 냉각, 부분 응축 및 분별 단계를 이용한다. 이 냉장은 가 압된 천연 가스 공급물의 일 팽창 및 얻어지는 응축된 탄화수소의 기화에 의해 제공될 수 있다. 추가적인 냉장은 주 열 교환기 내 메탄을 액화하기 위해 프로판 및/또는 혼합 냉장제와 같은 냉장제를 이용하여 외부 폐쇄 루프 냉장에 의해 전형적으로 제공된다. NGL 스크럽 컬럼에 대한 환류는 주 열 교환기로부터의 부분 액화된 천연 가스의 일부를 이용할 수 있다.The first step in the NGL recovery process uses a distillation column or scrub column to separate hydrocarbons heavier than methane from the pretreated natural gas feed to recover methane purified for liquefaction and NGL for separation and recovery. Create This process utilizes cooling, partial condensation and fractionation steps that require a significant amount of refrigeration. This refrigeration can be provided by the expansion of the pressurized natural gas feed and the vaporization of the resulting condensed hydrocarbons. Additional refrigeration is typically provided by external closed loop refrigeration using refrigeration agents such as propane and / or mixed refrigeration agents to liquefy methane in the main heat exchanger. Reflux to the NGL scrub column may utilize a portion of the partially liquefied natural gas from the main heat exchanger.
천연 가스 공급물 압력을 크게 감소시키지 않고 가압된 천연 가스로부터 NGL을 회수하는 것이 바람직하다. 이는 천연 가스 생성물(예컨대 파이프라인 가스 또는 LNG)이 공급물 압력에서 또는 그보다 약간 아래에서 제공될 수 있게 하여 공급물 및/또는 생성물 재압축이 필요하지 않도록 한다. 스크럽 컬럼 환류로서의 이용을 위해 주 열 교환기로부터 액화 천연 가스의 일부를 인출할 때 주 열 교환기 디자인을 간소화하고 스크럽 컬럼 탑정(overhead) 압축의 필요성을 제거하는 것 또한 바람직하다. 이들 요구점은 하기 기술하는 본 발명의 구체예에 의해 충족되며 후술하는 특허청구범위에 의해 정의된다.It is desirable to recover NGL from pressurized natural gas without significantly reducing the natural gas feed pressure. This allows natural gas products (eg pipeline gas or LNG) to be provided at or slightly below the feed pressure, thereby eliminating the need for feed and / or product recompression. It is also desirable to simplify the main heat exchanger design and eliminate the need for scrub column overhead compression when withdrawing some of the liquefied natural gas from the main heat exchanger for use as scrub column reflux. These requirements are met by the embodiments of the invention described below and defined by the claims that follow.
본 발명의 한 구체예는 천연 가스의 액화 및 천연 가스로부터 메탄보다 중질인 성분의 회수 방법에 관한 것이다. 이 방법은One embodiment of the invention relates to a method of liquefaction of natural gas and recovery of components heavier than methane from natural gas. This way
(a) 천연 가스 공급물을 냉각하여 냉각된 천연 가스 공급물을 제공하고, 냉각된 천연 가스 공급물을 제1 증류 컬럼으로 도입하는 단계;(a) cooling the natural gas feed to provide a cooled natural gas feed, and introducing the cooled natural gas feed into a first distillation column;
(b) 제1 증류 컬럼으로부터 메탄 강화(enriched) 탑정(overhead) 증기 류(stream) 및 메탄보다 중질인 성분 강화 하부 류를 인출하는 단계;(b) withdrawing a methane enriched overhead vapor stream and a component enrichment bottoms heavier than methane from the first distillation column;
(c) 상기 탑정 증기 류의 적어도 일부를 냉각 및 응축하여 응축된 메탄 강화 류를 제공하는 단계;(c) cooling and condensing at least a portion of the overhead vapor stream to provide a condensed methane enriched stream;
(d) 하나 이상의 추가 증류 컬럼에서 상기 하부 류를 분리하여 메탄을 포함하는 잔류 증기 류, 에탄 강화 액체 류, 프로판 강화 액체 류, 부탄 강화 액체 류, 및 펜탄 강화 액체 류로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 생성물 류를 제공하는 단계;(d) separating the bottom stream in one or more further distillation columns to remove one or more selected from the group consisting of methane-containing residual vapors, ethane-reinforced liquids, propane-reinforced liquids, butane-reinforced liquids, and pentane-reinforced liquids. Providing a product stream;
(e) 상기 하나 이상의 생성물 류 중 임의의 것의 일부 또는 전부를 회수 탄화수소로서 인출하는 단계; 및(e) withdrawing some or all of any of said one or more product streams as recovered hydrocarbons; And
(f) 하나 이상의 환류 류를 제1 증류 컬럼으로 도입하는 단계를 포함한다.(f) introducing one or more reflux streams into the first distillation column.
상기 하나 이상의 환류 류는The at least one reflux stream is
(f1) 액화 메탄 함유 환류 류 및 제1 증류 컬럼 내 압력으로 펌핑되는 미회수 액체 탄화수소 류 또는(f1) liquefied methane containing reflux and unrecovered liquid hydrocarbons pumped to pressure in the first distillation column or
(f2) 상기 액화 메탄 함유 환류 류 및 제1 증류 컬럼 내 압력으로 펌핑되는 상기 미회수 액체 탄화수소를 포함하는 조합 류를 포함한다.(f2) a combined stream comprising said liquefied methane containing reflux and said unrecovered liquid hydrocarbon pumped to pressure in a first distillation column.
상기 액화 메탄 함유 환류 류는The liquefied methane-containing reflux is
(1) 상기 탑정 증기 류를 냉각 및 전부 응축하여 상기 응축된 메탄 강화 류를 형성하고, 상기 응축된 메탄 강화 류의 일부를 인출하여 상기 액화 메탄 함유 환류 류를 제공하는 것,(1) cooling and condensing the overhead vapor stream to form the condensed methane enriched stream and withdrawing a portion of the condensed methane enriched stream to provide the liquefied methane-containing reflux stream,
(2) 상기 제1 탑정 증기 류의 일부를 냉각 및 전부 응축하여 상기 액화 메탄 함유 환류 류를 제공하는 것, 및(2) cooling and condensing a portion of the first overhead vapor stream to provide the liquefied methane-containing reflux stream, and
(3) 상기 탑정 증기 류를 냉각 및 전부 응축하여 상기 응축된 메탄 강화 류를 형성하고, 상기 응축된 메탄 강화 류의 일부를 데워서 상기 액화 메탄 함유 환류 류를 제공하는 것으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법에 의해 제공될 수 있다.(3) cooling the top vapor stream and condensing it completely to form the condensed methane enriched stream and warming a portion of the condensed methane enriched stream to provide the liquefied methane containing reflux stream. Can be provided by
상기 미회수 액체 탄화수소 류는 (i) 에탄 강화 액체 류의 일부; (ii) 프로판 강화 액체 류의 일부; (iii) 부탄 강화 액체 류의 일부; (iv) 펜탄 강화 액체 류의 일부; 및 (v) 프로판 강화 액체 류의 일부 및/또는 부탄 강화 액체 류의 일부 및/또는 펜탄 강화 액체 류의 일부에 용해된 잔류 증기 류의 전부 또는 일부 가운데 임의의 것을 포함할 수 있다.The unrecovered liquid hydrocarbons include (i) a portion of ethane fortified liquids; (ii) a portion of propane reinforced liquids; (iii) a portion of butane enhanced liquids; (iv) a portion of pentane enhanced liquids; And (v) any or all of the residual vapor stream dissolved in a portion of the propane enhanced liquid stream and / or a portion of the butane enhanced liquid stream and / or a portion of the pentane enhanced liquid stream.
상기 액화 메탄 함유 환류 류는 제1 증류 컬럼의 상부로 도입될 수 있다. 상기 미회수 액체 탄화수소 류는 제1 증류 컬럼의 상부로 도입될 수 있다. 대안으로, 상기 액화 메탄 함유 환류 류 및 상기 미회수 액체 탄화수소 류를 포함하는 조합 류는 제1 증류 컬럼의 상부로 도입될 수 있다. 다른 대안으로, 상기 미회수 액체 탄화수소 류는 제1 증류 컬럼의 상부 아래의 위치에서 그리고 상기 냉각된 천연 가스 공급물이 이 컬럼으로 도입되는 위치 위에서 이 컬럼으로 도입될 수 있다.The liquefied methane containing reflux can be introduced to the top of the first distillation column. The unrecovered liquid hydrocarbons can be introduced to the top of the first distillation column. Alternatively, a combined stream comprising the liquefied methane containing reflux and the unrecovered liquid hydrocarbons can be introduced to the top of the first distillation column. Alternatively, the unrecovered liquid hydrocarbon stream can be introduced into this column at a position below the top of the first distillation column and above the position at which the cooled natural gas feed is introduced into this column.
상기 탑정 증기 류의 적어도 일부를 냉각 및 응축하는 것은 제1 냉각된 다성분 액체 냉장제의 감압에 의해 제공되는 제1 기화성 냉장제와의 간접적 열 교환에 의해 주 열 교환기에서 이루어질 수 있다. 상기 탑정 증기 류의 일부는 상기 제1 냉각된 다성분 액체 냉장제의 일부의 인출 및 감압에 의해 제공되는 기화성 냉장제 류와의 간접적 열 교환에 의해 주 열 교환기와는 별개의 열 교환기에서 응축될 수 있다.Cooling and condensing at least a portion of the overhead vapor stream may be accomplished in the main heat exchanger by indirect heat exchange with the first vaporizable refrigerant that is provided by the reduced pressure of the first cooled multicomponent liquid refrigerant. A portion of the overhead vapor stream may be condensed in a heat exchanger separate from the main heat exchanger by indirect heat exchange with the vaporizable refrigerant stream provided by withdrawal and decompression of a portion of the first cooled multicomponent liquid refrigerant. Can be.
상기 제1 냉각된 다성분 액체 냉장제는 주 열 교환기 내 포화 다성분 액체 냉장제의 냉각에 의해 제공될 수 있고, 상기 응축된 메탄 강화 류의 일부를 데워서 상기 액화 메탄 함유 환류 류를 제공하는 것은 상기 포화 다성분 액체 냉장제의 일부와의 간접적 열 교환에 의해 주 열 교환기와는 별개의 열 교환기에서 이루어진다. 상기 응축된 메탄 강화 류의 적어도 일부를 과냉(subcooling)하여 가압된 액화 천연 가스 생성물을 제공할 수 있고, 이 과냉은 제2 냉각된 다성분 액체 냉장제의 감압에 의해 제공되는 제2 기화성 냉장제와의 간접적 열 교환에 의해 주 열 교환기에서 이루어진다. 천연 가스 공급물을 냉각하여 상기 냉각된 천연 가스 공급물을 제공하는 것은 메탄 강화 탑정 증기 류와의 간접적 열 교환에 의해 이루어질 수 있다.The first cooled multicomponent liquid refrigerant may be provided by cooling of a saturated multicomponent liquid refrigerant in a main heat exchanger, and warming a portion of the condensed methane enrichment stream to provide the liquefied methane containing reflux. The indirect heat exchange with a portion of the saturated multicomponent liquid refrigerant takes place in a heat exchanger separate from the main heat exchanger. Subcooling at least a portion of the condensed methane enriched stream to provide a pressurized liquefied natural gas product, the subcooling being a second vaporizable refrigerant provided by the depressurization of the second cooled multicomponent liquid refrigerant. Indirect heat exchange with the main heat exchanger. Cooling the natural gas feed to provide the cooled natural gas feed may be accomplished by indirect heat exchange with the methane enriched overhead vapor stream.
상기 미회수 액체 탄화수소 류는 약 50 몰% 초과의 3개 이상의 탄소 원자를 갖는 탄화수소를 함유할 수 있다. 대안으로, 상기 미회수 액체 탄화수소 류는 약 50 몰% 초과의 펜탄을 함유할 수 있다. 다른 대안으로, 상기 미회수 액체 탄화수소 류는 상기 프로판 강화 액체 류의 일부 및 상기 부탄 강화 액체 류의 일부를 포함할 수 있다. 이 대안에서, 상기 미회수 액체 탄화수소 류는 상기 에탄 강화 액체 류의 일부를 포함할 수 있다. 상기 미회수 액체 탄화수소 류는 메탄보다 중질인 탄화수소를 포함하는 액체에 용해된 메탄을 포함하는 잔류 증기 류의 일부를 포함할 수 있다. 상기 미회수 액체 탄화수소의 몰 흐름률은 상기 액화 메탄 환류 류의 몰 흐름률의 약 25% 미만일 수 있다.The unrecovered liquid hydrocarbons may contain hydrocarbons having more than about 50 mol% of three or more carbon atoms. Alternatively, the unrecovered liquid hydrocarbons can contain more than about 50 mole percent pentane. Alternatively, the unrecovered liquid hydrocarbons may comprise a portion of the propane enriched liquids and a portion of the butane enriched liquids. In this alternative, the unrecovered liquid hydrocarbons may comprise a portion of the ethane fortified liquids. The unrecovered liquid hydrocarbons may comprise a portion of the residual vapor stream comprising methane dissolved in a liquid comprising hydrocarbons heavier than methane. The molar flow rate of the unrecovered liquid hydrocarbon may be less than about 25% of the molar flow rate of the liquefied methane reflux.
본 발명의 다른 구체예는 천연 가스의 액화 및 천연 가스로부터 메탄보다 중질인 성분의 회수 장치로서,Another embodiment of the present invention is a liquefaction of natural gas and recovery device of components heavier than methane from natural gas,
(a) 천연 가스 공급물을 냉각하여 냉각된 천연 가스 공급물을 제공하도록 적용된 냉각 시스템;(a) a cooling system adapted to cool the natural gas feed to provide a cooled natural gas feed;
(b) 상기 냉각된 천연 가스 공급물을 메탄 강화 탑정 증기 류 및 메탄보다 중질인 성분 강화 하부 류로 분리하도록 적용된 제1 증류 컬럼;(b) a first distillation column adapted to separate the cooled natural gas feed into a methane enriched overhead vapor stream and a component enrichment bottoms stream heavier than methane;
(c) 상기 탑정 증기 류의 적어도 일부를 냉각 및 응축하여 응축된 메탄 강화 류를 제공하도록 적용된 주 열 교환기;(c) a main heat exchanger adapted to cool and condense at least a portion of said overhead vapor stream to provide a condensed methane enriched stream;
(d) 상기 하부 류를 메탄을 포함하는 잔류 증기 류, 에탄 강화 액체 류, 프로판 강화 액체 류, 부탄 강화 액체 류, 및 펜탄 강화 액체 류로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 생성물 류로 분리하도록 적용된 하나 이상의 추가 증류 컬럼;(d) at least one further adapted to separate the bottoms into at least one product stream selected from the group consisting of methane containing residual vapors, ethane-enhanced liquids, propane-enhanced liquids, butane-enhanced liquids, and pentane-enriched liquids. Distillation column;
(e) 상기 하나 이상의 생성물 류 중 임의의 것의 일부 또는 전부를 회수 탄화수소로서 인출하도록 적용된 파이핑;(e) piping adapted to withdraw some or all of any of said one or more product streams as recovered hydrocarbons;
(f) 하나 이상의 환류 류를 제1 증류 컬럼으로 도입하도록 적용된 파이핑으로서, 상기 하나 이상의 환류 류는 (f1) 액화 메탄 함유 환류 류 및 제1 증류 컬럼 내 압력으로 펌핑되는 미회수 액체 탄화수소 류 또는 (f2) 상기 액화 메탄 함유 환류 류 및 제1 증류 컬럼 내 압력으로 펌핑되는 상기 미회수 액체 탄화수소 류를 포 함하는 조합 류를 포함하는 파이핑; 및(f) piping adapted to introduce one or more reflux streams into the first distillation column, wherein the one or more reflux streams are (f1) liquefied methane containing reflux streams and unrecovered liquid hydrocarbon streams pumped to pressure in the first distillation column; f2) piping comprising a combined stream comprising the liquefied methane containing reflux and the unrecovered liquid hydrocarbons pumped to a pressure in a first distillation column; And
(g) 상기 하나 이상의 추가 증류 컬럼으로부터의 미회수 액체 탄화수소를 하나 이상의 환류 류를 제1 증류 컬럼으로 도입하도록 적용된 파이핑으로 이송하도록 적용된 파이핑 및 펌프 또는 펌프들을 포함하는 장치를 포함한다.(g) an apparatus comprising piping and a pump or pumps adapted to transfer unrecovered liquid hydrocarbons from said at least one further distillation column to piping adapted to introduce at least one reflux stream into said first distillation column.
상기 액화 메탄 함유 환류 류는 (1) 상기 탑정 증기 류를 냉각 및 전부 응축하여 상기 응축된 메탄 강화 류를 형성하고, 상기 응축된 메탄 강화 류의 일부를 인출하여 상기 액화 메탄 함유 환류 류를 제공하는 것, (2) 상기 제1 탑정 증기 류의 일부를 냉각 및 전부 응축하여 상기 액화 메탄 함유 환류 류를 제공하는 것, 및 (3) 상기 탑정 증기 류를 냉각 및 전부 응축하여 상기 응축된 메탄 강화 류를 형성하고, 상기 응축된 메탄 강화 류의 일부를 데워서 상기 액화 메탄 함유 환류 류를 제공하는 것으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법에 의해 제공될 수 있다.The liquefied methane containing reflux (1) cools and condenses the overhead vapor stream to form the condensed methane enriched stream, and withdraws a portion of the condensed methane enriched stream to provide the liquefied methane containing reflux. (2) cooling and condensing a portion of the first overhead vapor stream to provide the liquefied methane-containing reflux stream, and (3) cooling and condensing the overhead vapor stream to condense the condensed methane enriched stream. And warming up a portion of the condensed methane enriched stream to provide the liquefied methane containing reflux.
이 장치는 제1 증류 컬럼으로부터의 상기 탑정 증기 류의 일부를 기화성 냉장제 류와의 간접적 열 교환에 의해 응축하도록 적용된 주 열 교환기와는 별개의 열 교환기를 또한 포함할 수 있다. 상기 주 열 교환기는 권선 코일 열 교환기일 수 있고, 상기 탑정 증기 류의 적어도 일부를 냉각 및 응축하여 응축된 메탄 강화 류를 제공하도록 적용된 제1 다발 및 상기 응축된 메탄 강화 류를 더 냉각하여 과냉된 액체 생성물을 제공하도록 적용된 제2 다발을 포함할 수 있다.The apparatus may also include a heat exchanger separate from the main heat exchanger adapted to condense a portion of the overhead vapor stream from the first distillation column by indirect heat exchange with the vaporizable refrigerant stream. The main heat exchanger may be a winding coil heat exchanger and further cooled by subcooling the first bundle and the condensed methane enrichment stream adapted to cool and condense at least a portion of the overhead vapor stream to provide a condensed methane enrichment stream. And a second bundle adapted to provide a liquid product.
본 발명의 추가 구체예는Further embodiments of the invention
(a) 천연 가스 공급물을 냉각하여 냉각된 천연 가스 공급물을 제공하고, 냉각된 천연 가스 공급물을 제1 증류 컬럼으로 도입하는 단계;(a) cooling the natural gas feed to provide a cooled natural gas feed, and introducing the cooled natural gas feed into a first distillation column;
(b) 제1 증류 컬럼으로부터 메탄 강화된 탑정 증기 류 및 메탄보다 중질인 성분이 강화된 하부 류를 인출하는 단계;(b) withdrawing a methane enriched overhead vapor stream and a bottom stream enriched in components heavier than methane from the first distillation column;
(c) 상기 탑정 증기 류의 적어도 일부를 주 열 교환기에서 냉각 및 응축하여 응축된 메탄 강화 류를 제공하는 단계; 및(c) cooling and condensing at least a portion of said overhead vapor stream in a main heat exchanger to provide a condensed methane enriched stream; And
(d) 액화 메탄 함유 환류 류를 제1 증류 컬럼으로 도입하는 단계로서, 상기 액화 메탄 함유 환류 류는(d) introducing a liquefied methane containing reflux into the first distillation column, wherein the liquefied methane containing reflux is
(1) 상기 탑정 증기 류를 제1 증기 부분 및 제2 증기 부분으로 나누고, 상기 제1 증기 부분을 냉각 및 전부 응축하여 상기 액화 메탄 함유 환류 류를 제공하는 것, 및(1) dividing the overhead vapor stream into a first vapor portion and a second vapor portion and cooling and condensing the first vapor portion to provide the liquefied methane-containing reflux, and
(2) 상기 탑정 증기 류를 냉각 및 전부 응축하여 상기 응축된 메탄 강화 류를 형성하고, 상기 응축된 메탄 강화 류를 제1 부분 및 제2 부분으로 나누고, 상기 제1 부분을 데워서 데워진 제1 부분을 제공하고, 그리고 상기 데워진 제1 부분을 이용하여 상기 액화 메탄 함유 환류 류를 제공하는 것으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법에 의해 제공되는 단계(2) cooling and totally condensing the overhead vapor stream to form the condensed methane enrichment stream, dividing the condensed methane enrichment stream into first and second portions, and heating the first portion to warm up the first portion. And providing the liquefied methane-containing reflux using the warmed first portion.
를 포함하는 천연 가스의 액화 방법에 관한 것이다.It relates to a liquefaction method of natural gas comprising a.
상기 탑정 증기 류의 제1 증기 부분은 기화성 냉장제 류와의 간접적 열 교환에 의해 주 열 교환기와는 별개의 열 교환기에서 응축될 수 있다. 상기 응축된 메탄 강화 류의 제1 부분을 데워서 상기 액화 메탄 함유 환류 류를 제공하는 것은 주 열 교환기와는 별개의 열 교환기에서 이루어질 수 있다. 상기 응축된 메탄 강화 류의 적어도 일부를 과냉하여 가압된 액화 천연 가스 생성물을 제공하는 것은 기화성 냉장제 류와의 간접적 열 교환에 의해 주 열 교환기에서 이루어질 수 있다.The first vapor portion of the overhead vapor stream may be condensed in a heat exchanger separate from the main heat exchanger by indirect heat exchange with the vaporizable refrigerant stream. The heating of the first portion of the condensed methane enriched stream to provide the liquefied methane containing reflux can be made in a heat exchanger separate from the main heat exchanger. Subcooling at least a portion of the condensed methane enrichment stream to provide a pressurized liquefied natural gas product can be accomplished in the main heat exchanger by indirect heat exchange with the vaporizable refrigerant stream.
관련된 추가 구체예는Additional embodiments involved
(a) 천연 가스 공급물을 냉각하여 냉각된 천연 가스 공급물을 제공하도록 적용된 냉각 시스템;(a) a cooling system adapted to cool the natural gas feed to provide a cooled natural gas feed;
(b) 상기 냉각된 천연 가스 공급물을 메탄 강화 탑정 증기 류 및 메탄보다 중질인 성분 강화 하부 류로 분리하도록 적용된 제1 증류 컬럼;(b) a first distillation column adapted to separate the cooled natural gas feed into a methane enriched overhead vapor stream and a component enrichment bottoms stream heavier than methane;
(c) 상기 탑정 증기 류의 적어도 일부를 냉각 및 응축하여 응축된 메탄 강화 류를 제공하도록 적용된 주 열 교환기; 및(c) a main heat exchanger adapted to cool and condense at least a portion of said overhead vapor stream to provide a condensed methane enriched stream; And
(d) 액화 메탄 함유 환류 류를 제1 증류 컬럼으로 도입하도록 적용된 파이핑으로서, 상기 액화 메탄 함유 환류 류는(d) piping adapted to introduce liquefied methane containing reflux into the first distillation column, wherein the liquefied methane containing reflux is
(1) 상기 탑정 증기 류의 일부를 냉각 및 전부 응축하여 상기 액화 메탄 함유 환류 류를 제공하는 것, 및(1) cooling and condensing a portion of the overhead vapor stream to provide the liquefied methane-containing reflux stream, and
(2) 상기 탑정 증기 류를 냉각 및 전부 응축하여 상기 응축된 메탄 강화 류를 형성하고, 상기 응축된 메탄 강화 류의 일부를 데워서 상기 액화 메탄 함유 환류 류를 제공하는 것으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법에 의해 제공되는 파이핑(2) cooling the top vapor stream and condensing it completely to form the condensed methane enriched stream, and warming a portion of the condensed methane enriched stream to provide the liquefied methane containing reflux stream. Piping provided by
을 포함하는 천연 가스의 액화 장치를 포함한다.It includes a liquefaction apparatus of natural gas comprising a.
이 장치는 제1 증류 컬럼으로부터의 상기 탑정 증기 류의 일부를 기화성 냉장제 류와의 간접적 열 교환에 의해 응축하도록 적용된 주 열 교환기와는 별개의 열 교환기를 포함할 수 있다. 이 장치는 상기 응축된 메탄 강화 류의 일부를 데워 서 상기 액화 메탄 함유 환류 류를 제공하도록 적용된 상기 주 열 교환기와는 별개의 열 교환기를 포함할 수 있다.The apparatus may comprise a heat exchanger separate from the main heat exchanger adapted to condense a portion of the overhead vapor stream from the first distillation column by indirect heat exchange with the vaporizable refrigerant stream. The apparatus may comprise a heat exchanger separate from the main heat exchanger adapted to warm a portion of the condensed methane enriched stream to provide the liquefied methane containing reflux.
상기 주 열 교환기는 권선 코일 열 교환기일 수 있다. 상기 주 열 교환기는 상기 탑정 증기 류의 적어도 일부를 냉각 및 응축하여 상기 응축된 메탄 강화 류를 제공하도록 적용된 제1 다발 및 상기 응축된 메탄 강화 류의 적어도 일부를 더 냉각하여 과냉된 액체 생성물을 제공하도록 적용된 제2 다발을 포함할 수 있다.The main heat exchanger may be a winding coil heat exchanger. The main heat exchanger further cools at least a portion of the overhead vapor stream and at least a portion of the condensed methane enrichment stream adapted to provide cooling and condensation to provide the condensed methane enrichment stream to provide a subcooled liquid product. And a second bundle adapted to be applied.
본 발명에 따르면, 공급물 팽창 및 스크럽 컬럼 탑정 압축의 필요성을 제거함으로써 장비 구성을 간소화하는 LNG 생산에서의 NGL 회수를 위한 개선된 통합 공정이 제공된다. 또한, 스크럽 컬럼이 권선 코일 주 열 교환기에서 응축되는 스크럽 컬럼 탑정을 포함하는 환류를 이용할 때, 컬럼 탑정을 부분적으로 응축하기 위해 열 교환기의 온(warm)다발을 분할할 필요가 없고, 환류에 필요한 액체를 회수할 상 분리기가 필요하지 않다. 또한, 스크럽 컬럼 환류를 제공하기 위해 탈에탄기(deethanizer) 탑정 증기를 압축 및 응축할 필요가 없다.According to the present invention, there is provided an improved integrated process for NGL recovery in LNG production that simplifies equipment configuration by eliminating the need for feed expansion and scrub column overhead compression. In addition, when the scrub column uses reflux that includes a scrub column top that condenses in the winding coil main heat exchanger, there is no need to split the warm bundle of the heat exchanger to partially condense the column top, No phase separator is needed to recover the liquid. In addition, there is no need to compress and condense the deethanizer overhead vapor to provide scrub column reflux.
하기 기술하는 구체예에서 스크럽 컬럼에 대한 환류는 응축된 스크럽 컬럼 탑정 증기 및 NGL 회수 시스템으로부터의 미회수 액체 탄화수소의 다양한 조합에 의해 제공된다. 본 개시에서, "회수 탄화수소" 및 "회수 탄화수소들"이라는 용어는 동등하며, 통합 LNG 생산 및 NGL 회수 시스템으로부터 내보내지는 생성물로서 이 통합 시스템으로부터 인출되는 임의의 탄화수소 류를 의미한다. 회수 탄화수소는 천연 가스 공급물 내 임의의 탄화수소가 강화된 하나 이상의 생성물 류로서 내보내질 수 있다. 내보내지는 류는 예를 들어 에탄 강화 류, 프로판 강화 류, 부탄 및 아이소부탄 강화 류, 펜탄 및 아이소펜탄 강화 류, 및 에탄 강화 메탄-에탄 혼합 류 중 임의의 것을 포함할 수 있다. LNG 생성물은 회수 탄화수소로 생각할 수 있다. "미회수 액체 탄화수소" 및 "미회수 액체 탄화수소들"이라는 용어는 동등하며, 통합 LNG 생산 및 NGL 회수 시스템으로부터 내보내지는 회수 탄화수소의 생성물 류에 직접 존재하지 않는 NGL 회수 시스템에서 분리되는 임의의 액체 부분을 의미한다. 미회수 액체 탄화수소는 통합 LNG 생산 및 NGL 회수 시스템 내 내부 재순환 류로서 생각할 수 있다.In the embodiments described below, reflux to the scrub column is provided by various combinations of condensed scrub column overhead vapor and unrecovered liquid hydrocarbons from the NGL recovery system. In the present disclosure, the terms "recovery hydrocarbons" and "recovery hydrocarbons" are equivalent and refer to any hydrocarbons withdrawn from this integrated system as products exported from the integrated LNG production and NGL recovery systems. The recovered hydrocarbons may be sent off as one or more product streams enriched in any hydrocarbons in the natural gas feed. Exported streams may include, for example, any of ethane fortified, propane fortified, butane and isobutane fortified, pentane and isopentane fortified, and ethane fortified methane-ethane blends. LNG products can be thought of as recovered hydrocarbons. The terms "unrecovered liquid hydrocarbon" and "unrecovered liquid hydrocarbons" are equivalent and any liquid portion separated in the NGL recovery system that is not directly present in the product stream of recovered hydrocarbons from the integrated LNG production and NGL recovery system. Means. Unrecovered liquid hydrocarbons can be thought of as internal recycle streams in integrated LNG production and NGL recovery systems.
공정으로부터 인출되는 임의의 류에 대해 적용되는 "강화", "강화된"이라는 용어는 인출된 류가 공정에 대한 공급물 류 내의 농도보다 높은 농도의 특정 성분을 함유한다는 것을 의미한다. 환류는 공급물이 증류 컬럼으로 도입되는 위치 위의 임의의 위치에서 이 컬럼으로 도입되는 류로서 정의되며, 환류는 컬럼으로부터 이미 인출된 하나 이상의 성분을 포함한다. 환류는 전형적으로 액체이지만 증기-액체 혼합물일 수 있다.The terms " enhanced " and " enhanced " as applied for any stream withdrawn from the process mean that the withdrawn stream contains certain components at concentrations higher than the concentrations in the feed stream for the process. Reflux is defined as the flow introduced into this column at any location above the location where the feed is introduced into the distillation column, and the reflux includes one or more components already withdrawn from the column. Reflux is typically a liquid but may be a vapor-liquid mixture.
본 명세서에서 사용된 부정관사 "하나" 및 "하나의"는 명세서 및 특허청구범위에 기술된 본 발명의 구체예의 임의의 특징에 적용시에 하나 또는 그 이상을 의미한다. "하나" 및 "하나의"의 이용은 단수의 한정이 구체적으로 기술되지 않는 한, 의미를 단일 특징으로 한정하지 않는다. 정관사 "상기" 선행 단수 또는 복수 명사 또는 명사 구는 특정의 구체적 특징 또는 특정의 구체적 특징들을 뜻하며, 이 용되는 문맥에 따라 단수 또는 복수의 암시를 가질 수 있다. 형용사 "임의의"는 얼마의 양인지에 관계없이 이의 하나, 몇몇 또는 전부를 의미한다. 제1 실체 및 제2 실체 사이에 위치하는 용어 "및/또는"은 (1) 제1 실체, (2) 제2 실체, 및 (3) 제1 실체 및 제2 실체 중 하나를 의미한다.As used herein, the indefinite articles "a" and "an" mean one or more when applied to any feature of an embodiment of the invention described in the specification and claims. The use of "a" and "an" does not limit the meaning to a single feature unless a singular limitation is specifically described. Definite article “the” preceding singular or plural nouns or noun phrases refer to specific specific features or specific specific features, and may have the singular or plural implications depending on the context in which the article is used. The adjective "any" means one, some or all of them, regardless of how much. The term "and / or" located between a first entity and a second entity means one of (1) the first entity, (2) the second entity, and (3) the first entity and the second entity.
본 발명의 제1 구체예는 도 1에 도시된 통합 LNG 생산 및 NGL 회수 시스템에 나타나 있다. 라인(100)의 전처리된 가압 천연 가스 공급물은 주로 메탄과 함께, C2-C6 범위의 보다 중질의 탄화수소를 함유한다. 물, CO2, H2S 및 수은을 포함하는 오염물은 공지 방법에 의해 상류 전처리 시스템(미도시)에서 제거된다. 공급물 기체는 600 내지 900 psia의 압력 및 주위(ambient) 온도에서 전형적으로 제공되고, 열 교환기(110)에서 -20℉ 내지 -35℉로 냉각되어 라인(112) 내 냉각된 공급물 류를 제공한다. 열 교환기(110)는 여러 압력에서의 프로판의 증발에 의한 다수의 냉각 단계를 포함할 수 있다; 대안으로 또는 추가로 다른 냉각 수단을 이용할 수 있고, 이는 예컨대 단일 교환기 내 혼합 기화성 냉각제가 될 수 있다. 이 류는 선택적인 절약기(economizer) 열 교환기(114)에서 더 냉각될 수 있고, 라인(116)을 경유하여 제1 증류 컬럼 또는 스크럽 컬럼(118)으로 도입된다.A first embodiment of the present invention is shown in the integrated LNG production and NGL recovery system shown in FIG. The pretreated pressurized natural gas feed of
스크럽 컬럼(118)은 라인(116)을 경유하여 공급된 공급물을 메탄보다 중질인 탄화수소 강화된 라인(134) 내 하부 액체 생성물 및 메탄 강화된 라인(120) 내 탑정 증기 생성물로 분리한다. 하부 액체의 일부는 라인(130)을 경유하여 인출되어 재비등기(132)에서 기화되어 스크럽 컬럼에 대한 비등물(boilup)을 제공할 수 있 다. 재비등기는 류(100)의 일부(미도시)를 냉각하여 라인(130)의 액체를 기화하기 위한 열을 제공할 수 있다. 스크럽 컬럼은 컬럼의 하부 위 그리고 공급물 라인(116)의 위치 아래의 중간 재비등기(미도시)도 가질 수 있고, 이 재비등기 또한 공급물 류의 일부에 의해 가열될 수 있다.
라인(134)의 하부 액체는 일반적 NGL 분별 시스템(136)으로 흐른다. NGL 공급물 류는 전형적으로 감압되어(미도시), 탈메탄기, 탈에탄기, 탈프로판기, 탈부탄기, 및 탈펜탄기 중 임의의 것을 포함하는 하나 이상의 추가 증류 컬럼에서 분리되어 둘 이상의 탄화수소 분획을 제공한다. 도 1의 예시적 일반적 NGL 분별 시스템에서, 3개의 회수 탄화수소 류는 통합 LNG 생산 및 NGL 회수 시스템으로부터, 각각 에탄, 프로판, 및 부탄과 아이소부탄 강화 류를 나타내는 C2, C3 및 C4 생성물 류로서 인출 및 내보내진다. 미회수 액체 탄화수소는 라인(138)을 경유하여 NGL 회수 시스템으로부터 인출된다.The bottom liquid of
메탄 강화 탑정 증기 류는 라인(120)을 경유하여 스크럽 컬럼(118)으로부터 인출되어, 절약기 열 교환기(114)에서 라인(112)의 공급물 류와의 간접적 열 교환에 의해 데워질 수 있다. 라인(122)의 이렇게 데워진 탑정 증기 류는 권선 코일 주 열 교환기(124)의 제1 또는 (하부) 온다발의 통로(123)에서 냉각, 전부 응축 및 선택적으로 과냉(subcooling)되어 라인(125)의 응축된 메탄 강화 류를 제공한다. 라인(125)의 액체의 제1 부분이 통로(123)의 하류에서 라인(125)으로부터 인출되어 펌프(127)에 의해 펌핑되어 액화 메탄 함유 환류 류를 제공한다. 액화 메탄 함유 환류 류는 라인(138)의 미회수 액체 탄화수소와 조합되어 조합된 액체 환류 류로서 스크럽 컬럼(118)의 상부로 돌아간다. 대안으로, 펌프(127)로부터의 액화 메탄 함유 환류 류는 스크럽 컬럼(118)의 상부로 도입될 수 있고, 라인(138)의 미회수 액체 탄화수소는 컬럼의 상부 아래 그리고 냉각된 공급물이 라인(116)을 경유하여 컬럼으로 도입되는 위치 위의 별개의 위치(미도시)에서 스크럽 컬럼(118)으로 도입될 수 있다. 다른 대안에서, 펌프(127)로부터의 액화 메탄 함유 환류 류 및 라인(138)의 미회수 탄화수소는 별개의 류들(미도시)로서 스크럽 컬럼(118)의 상부로 도입될 수 있다.Methane enriched overhead vapor stream may be withdrawn from
전형적으로, 라인(100)의 공급물의 조성에 따라, 라인(138)의 미회수 액체 탄화수소의 몰 흐름률은 라인(126)의 메탄 강화 류의 몰 흐름률의 약 25% 미만이다. 만일 라인(100)의 천연 가스 공급물이 라인(138)의 미회수 액체 탄화수소 류를 제공하는 데 필요한 충분한 양의 성분을 함유하지 않으면, 필요한 성분은 임의의 적절한 공급원으로부터 외부 공급될 수 있다.Typically, depending on the composition of the feed of
라인(125)의 응축된 메탄 강화 류의 제2 부분은 권선 코일 주 열 교환기(124)의 제2 또는 (상부) 냉(cool)다발의 통로(128)에서 더 냉각되어 라인(129)을 경유하여 LNG 생성물로서 인출된다. LNG는 원한다면 냉다발에서의 과냉 이전 및/또는 이후에 감압될 수 있다. LNG 생성물이 고압에서 저장된다면(PLNG), 과냉의 필요성이 없고 냉다발은 불필요하다. 원한다면 라인(129)의 LNG 생성물의 일부를 스크럽 컬럼(118)에 대한 메탄 강화 환류로서 이용할 수 있지만, 이러한 구성은 필요한 것보다 훨씬 낮은 온도에서 환류를 제공함으로써 냉장을 낭비하게 될 것이다.The second portion of the condensed methane enrichment stream of
도 1의 라인(126) 및 펌프(127)를 경유하여 주 열 교환기(124)로부터 인출되 는 액화 메탄 함유 환류 류의 온도는 스크럽 컬럼(118)의 상부의 온도에 기반하여 실제로 필요한 것보다 낮을 수 있다. 메탄 강화 환류의 온도를 스크럽 컬럼(118)의 상부의 온도에 맞추기 위해, 주 열 교환기(124)의 온다발은 중간 위치에서 메탄 강화 환류 류의 인출을 가능하게 하기 위해 분할되어야 할 것이다. 또한, 인출된 류가 혼합 증기-액체 류일 때 상 분리기가 필요할 것이다. 그러나, 도 1의 구체예에서 필요한 것보다 낮은 온도에서 환류를 제공하는 열역학적 비효율성은 주 열 교환기(124)의 온다발을 분할할 필요성을 제거함으로써 보상된다.The temperature of the liquefied methane containing reflux withdrawn from
주 열 교환기(124)에 대한 냉장은 LNG의 생산에 이용되는 임의의 공지된 냉장 시스템에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 액체 냉장제가 라인(152)을 경유하여 제공되고 증기 냉장제가 라인(156)을 경유하여 제공되는 단일 혼합 냉장제(MR) 시스템을 이용할 수 있다. 라인(156)의 증기는 주 열 교환기(124)에서 응축 및 냉각되고 쓰로틀 밸브(158)을 통해 팽창되어 교환기의 (상부) 냉다발 그리고 후속으로 교환기의 (하부) 온다발에 대한 제1 기화성 냉장제를 제공한다. 액체 냉장제(152)는 주 열 교환기(124)에서 냉각되어 라인(153)의 과냉된 액체 냉장제를 만들고, 쓰로틀 밸브(154)를 통해 팽창되고, 주 열 교환기의 온다발의 냉단 부근 위치에서 (상부) 냉다발로부터의 기화성 냉장제와 조합된다. 쓰로틀 밸브(154) 및/또는 (158)은 물론, LNG 생성물 유출(letdown) 밸브에 대한 대안으로서, 팽창은 등엔트로피 밀유체(dense fluid) 팽창기(수력 터빈)에 의해 이루어질 수 있다.Refrigeration to the
냉장제 류는 완전히 기화되어 라인(150)을 경유하여 냉장제 증기로서 주 열 교환기(124)를 떠나게 된다. 혼합된 냉장제 증기는 냉장 시스템(미도시)으로 흐르고, 여기에서 이는 압축되고, 프로판을 기화하는 다수의 단계에 의해 냉각되고, 그리고 분리되어 액체 냉장제(152) 및 보다 가벼운 증기 냉장제(156)를 제공한다.The refrigerant stream is completely vaporized leaving the
본 기술분야에 공지된 임의의 다른 냉장 과시스템 또는 시스템의 조합을 주 열 교환기(124)에 대한 냉장을 제공하는 데 이용할 수 있다. 예를 들어, 순수한 유체 캐스케이드(cascade) 및 등엔트로피 증기 팽창 정을 미국특허 제6,308,531호에 기재된 바와 같이 이용할 수 있고, 이 문헌은 참조에 의해 본 명세서에 편입된다.Any other refrigeration subsystem or system combination known in the art can be used to provide refrigeration for the
도 1의 구체예에서 응축된 스크럽 컬럼 탑정의 일부를 라인(126)을 경유하여 메탄 강화 환류로서 이용하는 것은, 환류로서 이용하기 위한 메탄 강화 류를 인출하기 위해 주 열 교환기(124)의 온다발을 2개의 별개의 다발로 나누는 것을 회피한다. 이는 액체 부분을 환류로서 이용하고 증기 부분을 주 열 교환기에서의 추가 응축을 위해 재분배하기 위해 메탄 강화 류가 증기-액체 혼합물인 경우 2상 메탄 강화 류를 상 분리기에서 분리하여야 할 잠재적 필요성을 또한 제거한다. 아래에서 설명하는 바와 같이, 개시시에는 더 작은 상 분리기가 필요할 수 있다. 절약기 열 교환기(114)의 이용은 라인(122)의 탑정 류가 전형적으로는 프로판 냉장에 의해 생성되는 라인(152 및 156)의 냉장제 류와 거의 같은 온도로 주 열 교환기(124)에 유입되는 것을 보장한다.In the embodiment of FIG. 1, the use of a portion of the condensed scrub column column top as methane enriched reflux via
라인(138)을 경유한 미회수 액체 탄화수소를 스크럽 컬럼(118)에 대한 추가 환류로서 이용하는 것은 컬럼 공급물을 팽창하고 컬럼 탑정을 재압축할 필요성을 제거한다. 전력 소비를 최소화하기 위해, 천연 가스 공급물 압력은 메탄의 임계 압 력보다 유의적으로 높아야 한다. 이와 함께, 스크럽 컬럼은 분리를 달성하기 위해 공급물 혼합물의 임계 압력 아래에서 동작하여야 한다. 본 기술분야에 공지된 통상적인 해결책은 스크럽 컬럼 공급물을 등엔트로피 팽창시킨 뒤 탑정 증기 생성물을 재압축하는 것이다. 공급물의 등엔트로피 팽창으로부터 얻는 일을 이용하여 탑정 압축기 또는 압축기들을 적어도 부분적으로 구동할 수 있다. 이러한 해결책은 예를 들어 미국특허 제4,065,267호 및 Elliot, Qualls, Huang, Chen, Yao and Zhang, "Benefits of Integrating NGL Extraction and LNG Liquefaction Technology", AIChE Spring Meeting, April 2005 의 도 2에 나타나 있다.Using unrecovered liquid hydrocarbons via
본 발명의 다른 구체예가 도 2에 예시되어 있다. 이 구체예에서, 라인(120)의 스크럽 컬럼 탑정 증기의 일부는 라인(220)을 경유하여 인출되고 열 교환기(200)에서 응축되어 액화 메탄 함유 환류 류를 생성하고, 이는 라인(138)의 미회수 액체 탄화수소와 조합되어 스크럽 컬럼(118)의 상부로 라인(221)을 경유하여 조합된 류로서 도입된다. 열 교환기(200)로부터의 액화 메탄 함유 환류 류는 필요하다면 펌핑될 수 있다.Another embodiment of the present invention is illustrated in FIG. 2. In this embodiment, a portion of the scrub column overhead vapor of
대안으로, 열 교환기(200)로부터의 액화 메탄 함유 환류 류는 스크럽 컬럼(118)의 상부로 도입될 수 있고 라인(138)의 미회수 액체 탄화수소는 컬럼의 상부 아래 그리고 냉각된 공급물이 라인(116)을 경유하여 컬럼으로 도입되는 위치 위의 별개의 위치(미도시)에서 스크럽 컬럼(118)으로 도입될 수 있다. 다른 대안에서, 열 교환기(200)로부터의 액화 메탄 함유 환류 류 및 라인(138)의 미회수 액체 탄화수소는 별개의 류들(미도시)로서 스크럽 컬럼(118)의 상부로 도입될 수 있다.Alternatively, liquefied methane containing reflux from
주 열 교환기(124)에 대한 냉장은 도 1을 참조하여 상기 기술한 바와 같은 방식으로 제공되어 액체 냉장제(152) 및 증기 냉장제(156)를 제공한다. 열 교환기(200)에 대한 냉장은 라인(153)의 혼합 액체 냉장제의 일부를 라인(252)을 경유하여 인출하고, 냉장제의 압력을 쓰로틀 밸브(254)를 통해 감압하고, 감압된 냉장제를 열 교환기로 도입함으로써 제공된다. 열 교환기(200)로부터의 혼합 기화 냉장제는 주 열 교환기(124)로부터의 혼합 기화 냉장제와 조합되어 라인(150)의 기화 냉장제를 제공한다. 대안으로, 라인(252)의 냉장제는 주 열 교환기(124)에 앞서 라인(152)으로부터 인출되고, 중간 압력 또는 압력들로 팽창되고, 열 교환기(200)에서 기화되고, 그리고 적절한 단계 위치 또는 위치들에서 혼합 냉장제 압축기(미도시)로 돌아갈 수 있다. 도 2의 모든 다른 공정 특징들은 도 1을 참조하여 상기 기술한 바와 동일하다.Refrigeration for the
도 2를 참조하여 상기 기술한 공정의 대안적인 변형에서, 스크럽 컬럼(118)으로부터의 하부에서 회수되고 NGL 분별 시스템에서 분별되는 모든 탄화수소를 내보내는 것이 바람직한 상황이 발생할 수 있다. 이 경우, 라인(138)의 미회수 탄화수소 류의 흐름률은 0이 될 것이고, 스크럽 컬럼(118)은 라인(220)의 스크럽 컬럼(118) 탑정 류의 부분을 열 교환기(200)에서 응축함으로써 제공되는 라인(221)의 환류를 이용할 것이다.In an alternative variant of the process described above with reference to FIG. 2, a situation may arise where it is desirable to export all hydrocarbons recovered at the bottom from
본 발명의 대안적 구체예를 도 3에 예시하였다. 이 구체예에서, 펌프(127)로부터의 액화 메탄 함유 환류 류는 라인(352)을 경유하여 라인(152)으로부터 인출되는 혼합 냉장제 액체의 일부와의 간접적 열 교환에 의해 열 교환기(300)에서 데워 진다. 이 경우, 조합된 환류 류는 스크럽 컬럼(118)으로 도입될 때 그 최적 온도에 가깝다. 열 교환기(300)로부터의 냉각된 냉장제는 라인(302)을 경유하여 흐르고, 쓰로틀 밸브(154)에 앞서 라인(153)의 냉장제와 조합된다.An alternative embodiment of the invention is illustrated in FIG. 3. In this embodiment, the liquefied methane containing reflux from
대안으로, 열 교환기(300)로부터의 응축된 메탄 강화 환류 류는 스크럽 컬럼(118)의 상부로 도입될 수 있고 라인(138)의 미회수 탄화수소는 컬럼의 상부 아래 그리고 냉각된 공급물이 라인(116)을 경유하여 컬럼으로 도입되는 위치 위의 위치(미도시)에서 스크럽 컬럼(118)으로 도입될 수 있다. 다른 대안에서, 열 교환기(300)로부터의 액화 메탄 함유 환류 류 및 라인(138)의 미회수 액체 탄화수소는 별개의 류들(미도시)로서 스크럽 컬럼(118)의 상부로 도입될 수 있다. 도 3의 모든 다른 공정 특징들은 도 1을 참조하여 상기 기술한 바와 동일하다.Alternatively, condensed methane enriched reflux from
도 3을 참조하여 상기 기술한 공정의 대안적인 변형에서, 스크럽 컬럼(118)으로부터의 하부에서 회수되고 NGL 분별 시스템에서 분별되는 모든 탄화수소를 내보내는 것이 바람직한 상황이 발생할 수 있다. 이 경우, 라인(138)의 미회수 탄화수소 류의 흐름률은 0이 될 것이고, 스크럽 컬럼(118)은 스크럽 컬럼(118)으로부터의 전부 응축된 탑정의 펌프(127)에 의해 제공되는 부분을 열 교환기(300)에서 데움으로써 제공되는 환류를 이용할 것이다.In an alternative variant of the process described above with reference to FIG. 3, a situation may arise where it is desirable to export all hydrocarbons recovered at the bottom from
도 4는 라인(126)의 응축된 메탄 강화 류를 스크럽 컬럼(118)으로 돌려보내는 데 이용할 수 있는 선택적인 배치를 보여 준다. 라인(126)의 응축된 메탄 강화 류는 쓰로틀 밸브(426)를 통해 그 끓는점까지 감압되고, 얼마간의 증기 재고를 유지하는 드럼(427)으로 도입되고, 펌프(127)에 의해 스크럽 컬럼 압력으로 펌핑된 다. 펌핑된 류의 일부는 밸브(428)를 통해 드럼(427)으로 재순환되어 드럼 내 액체 수준을 유지하고, 나머지 부분은 선택적인 밸브(429)를 통해 스크럽 컬럼(118)으로 흐른다. 플랜트 개시 동안, 과량의 증기는 드럼(427)의 상부로부터 배기되어(미도시) 연소되거나(flared) 압축 및 회수된다. 라인(126)의 응축된 메탄 강화 류는 전체 LNG 류의 매우 적은 부분이고, 정상적인 동작 동안 순(net) 증기 흐름은 없기 때문에, 드럼(127)은 환류 액체를 스크럽 컬럼으로 제공하기 위해 주 열 교환기로부터 인출되는 부분 응축된 메탄 강화 류를 분리하기 위해 종래의 플랜트에서 전형적으로 이용되는 환류 드럼보다 훨씬 작다.4 shows an optional arrangement that can be used to return the condensed methane enriched stream of
쓰로틀 밸브(426) 및 드럼(427)은 라인(126)의 액체를 검출하고(예를 들어 열전쌍을 이용하여) 개시 상황에서(보통 동작에서 과냉각 액체인) 주 열 교환기(124)로부터의 증기 또는 2상 흐름을 헬륨 회수 또는 연료 가스 플래쉬 드럼과 같은 다른 존재하는 드럼으로 방향 전환함으로써 또는 단순히 연소시킴으로써 회피할 수 있다. 다른 대안에서, 시스템은 극저온 기어 또는 스크류 펌프 또는 고성능 유도기(inducer)를 구비한 원심 펌프와 같은 탈설계(off-design) 조건에서의 2상 흐름을 용인할 수 있는 유형의 펌프(127)를 이용함으로써 간소화될 수 있다.
본 발명의 구체예와 이용될 수 있는 예시적인 NGL 회수 시스템을 도 5에 예시하였으며, 이는 직렬로 동작하는 탈메탄기(501), 탈에탄기(503), 탈프로판기(505), 및 탈부탄기(507)를 포함하는 4개의 증류 컬럼을 포함한다. 라인(134)을 경유한 스크럽 컬럼(118)으로부터의 하부 액체는 대략 주위 온도로 열 교환기(509)에서 냉각되어 탈메탄기 컬럼(501)으로 흐른다. 메탄 및 약간의 에탄을 함유하는 탑정 증기는 라인(509)을 경유하여 회수 탄화수소 류로서 탈메탄기의 상부로부터 인출되어, 연료로서 이용되거나 액화되고 LNG 생성물로서 재주입될 수 있다. 에탄 및 보다 중질의 탄화수소 강화 하부 액체는 라인(511)을 경유하여 인출되고 열 교환기(513)에서 부분 기화되고, 비등물 증기는 라인(517)을 경유하여 컬럼으로 돌아가고, 나머지 류는 라인(519) 및 밸브(521)을 경유하여 탈에탄기 컬럼(503)으로 흐른다.An exemplary NGL recovery system that can be used with embodiments of the present invention is illustrated in FIG. 5, which is a
고순도 에탄 증기는 라인(523)을 경유하여 컬럼으로부터 인출되고 탑정 응축기(525)에서 응축된다. 응축된 액체의 일부는 라인(527)을 경유하여 환류로서 되돌아가고, 다른 부분은 전형적으로 98 몰% 초과의 에탄을 함유하는 고순도 에탄을 포함하는 회수 탄화수소로서 라인(529)을 경유하여 인출된다. 라인(531)을 경유한 탈에탄기로부터의 하부 액체는 열 교환기(533)에서 부분 기화되고, 비등물 증기는 라인(535)을 경유하여 컬럼으로 돌아가고, 나머지 류는 라인(537) 및 밸브(539)를 경유하여 탈프로판기 컬럼(505)으로 흐른다. 고순도 프로판 증기는 라인(541)을 경유하여 컬럼으로부터 인출되고 탑정 응축기(543)에서 응축된다. 응축된 액체의 일부는 라인(545)을 경유하여 환류로서 되돌아가고, 다른 부분은 전형적으로 98 몰% 초과의 프로판을 함유하는 고순도 프로판을 포함하는 회수 탄화수소로서 라인(547)을 경유하여 인출된다.The high purity ethane vapor is withdrawn from the column via
라인(549)을 경유한 탈프로판기로부터의 하부 액체는 열 교환기(551)에서 부분 기화되고, 비등물 증기는 라인(553)을 경유하여 컬럼으로 돌아가고, 나머지 류는 라인(555) 및 밸브(557)를 경유하여 탈부탄기 컬럼(507)으로 흐른다. 고순도 부 탄(존재한다면 아이소부탄도) 증기는 라인(559)을 경유하여 컬럼으로부터 인출되고 탑정 응축기(561)에서 응축된다. 응축된 액체의 일부는 라인(563)을 경유하여 환류로서 되돌아가고, 다른 부분은 전형적으로 98 몰% 초과의 부탄 및 아이소부탄을 함유하는 고순도 부탄(존재한다면 아이소부탄도)을 포함하는 회수 탄화수소로서 라인(565)을 경유하여 인출된다. 탈부탄기로부터의 하부 액체는 라인(567)을 경유하여 인출되고 열 교환기(569)에서 부분 기화되고, 비등물 증기는 라인(571)을 경유하여 컬럼으로 돌아가고, 나머지 류는 펜탄(존재한다면 아이소펜탄도) 및 보다 중질의 탄화수소를 포함하는 회수 탄화수소로서 라인(573)을 경유하여 인출된다.The bottom liquid from the depropaner via
이 예시에서, 프로판 및 부탄 액체 류는 각각 라인(575 및 577)을 경유하여 미회수 액체 탄화수소로서 인출되어 라인(579)에서 혼합될 수 있다. 혼합 미회수 액체 탄화수소 류는 열 교환기(581)에서 기화성 프로판 냉장제의 온도로 냉각되고, 펌프(583)에서 스크럽 컬럼 압력으로 펌핑되고, 도 1, 2 및 3의 구체예들 중 임의의 것에서의 스크럽 컬럼으로 라인(138)을 경유하여 흐른다. 선택적으로, 탈에탄기로부터의 에탄 액체의 일부는 라인(585)을 경유하여 미회수 액체 탄화수소로서 인출되어 라인(579)의 미회수 프로판 및/또는 부탄과 조합될 수 있다. 선택적으로, 탈메탄기(501)로부터의 라인(509)의 탑정 증기의 일부는 라인(587)을 경유하여 인출되어 라인(589)의 미회수 액체 프로판 및/또는 부탄에 흡수될 수 있다. 이 선택사항에서는 탈메탄기 탑정 증기의 압축은 불필요하다. 한 대안에서, 탈부탄기로부터의 모든 부탄은 라인(565)을 경유하여 회수되고, 라인(577)을 경유한 미회수 액체 탄화수소로서는 전혀 인출되지 않는다. 다른 대안에서, 탈프로판기로부터의 모 든 프로판은 라인(547)을 경유하여 회수되고, 라인(575)을 경유한 미회수 액체 탄화수소로서는 전혀 인출되지 않는다. 일반적으로, 탈메탄기(501)로부터의 용해된 탑정 및 각각 탈에탄기(503), 탈프로판기(505) 및 탈부탄기(507)로부터의 응축된 에탄, 프로판 및 부탄 탑정 류 중 임의의 것이 미회수 액체 탄화수소로서 전부 또는 일부 인출될 수 있고, 이는 인출된 탄화수소 생성물 요구조건이 만족되는 한 스크럽 컬럼(118)으로 돌아간다.In this example, propane and butane liquids can be withdrawn as unrecovered liquid hydrocarbons via
회수할 특정 탄화수소에 따라, 다른 NGL 분별 시스템을 이용할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 탈펜탄기 컬럼을 이용하여 고순도 펜탄 및 펜탄보다 중질인 탄화수소를 함유하는 잔류 생성물을 회수할 수 있다. 펜탄의 일부는 스크럽 컬럼(118)으로 미회수 탄화수소로서 돌아갈 수 있다. 다른 대안에서, 탈메탄기는 이용되지 않고, 탈에탄기는 에탄 액체 생성물을 중간 단계에서 인출하고, 메탄 및 에탄 증기의 혼합물을 환류 드럼으로부터 회수 탄화수소 생성물로서 인출하도록 동작한다. 이 증기의 일부는 미회수 탄화수소 생성물로서 인출되어 상기 기술한 바와 같이 미회수 액체 탄화수소 혼합물에 용해될 수 있다.Depending on the specific hydrocarbon to be recovered, other NGL fractionation systems may be used. For example, the system may utilize a depentane group column to recover residual products containing high purity pentane and hydrocarbons heavier than pentane. Some of the pentane may be returned to the
하기 실시예는 본 발명의 구체예를 예시하지만, 본 발명의 구체예를 그 안에 기술된 구체적 세부사항들의 임의의 것으로 한정하지는 않는다.The following examples illustrate embodiments of the invention, but do not limit the embodiments of the invention to any of the specific details described therein.
실시예Example
도 1의 구체예를 예증하기 위해 공정 시뮬레이션을 수행하였다. 라인(100)의 사전 정제된 천연 가스 류는 100,000 lb몰/hr의 흐름률 및 960 psia의 압력을 가지고, (몰%로) 헬륨 1.9%, 질소 5.8%, 메탄 83.2%, 에탄 7.1%, 프로판 2.3%, 아이소 부탄 0.4%, 부탄 0.6%, 아이소펜탄 0.1%, 펜탄 0.2%, 및 헥산 0.2%를 함유한다. 류는 -29℉로의 3단계의 프로판 냉각에 의해 냉각되고, 절약기 열 교환기에서 -62.8℉로 더 냉각되고, 스크럽 컬럼(118)으로 공급된다. 컬럼은 886 psia의 평균 압력에서 동작한다. 104,770 lb몰/hr의 흐름률에서 라인(120)의 컬럼 탑정은 열 교환기(114)에서 공급물에 대향하여 -73℉로부터 -32℉까지 데워진다. 그리하여 라인(122)의 류는 주 열 교환기(124)의 온다발의 통로(123)에서 냉각 및 액화되어 라인(125)의 응축된 메탄 강화 류를 제공한다. 이 액체의 일부를 라인(126)을 경유하여 10,943 lb몰/hr의 흐름률 및 -197.6℉에서 인출한다. 이 류를 스크럽 컬럼 압력으로 펌프(127)에서 펌핑하는데, 그 이유는 전형적으로 액체 헤드는 열 교환기(124)에서의 압력 강하를 극복하기에 불충분하기 때문이다. 라인(125)의 액체의 나머지를 통로(128)에서 과냉하여 93,827 lb몰/hr의 흐름률 및 -228.8℉의 온도에서 라인(129)의 액화 천연 가스 생성물로서 교환기의 냉다발로부터 인출한다. 생성물 류는 더 처리되어 헬륨을 회수할 수 있고, 다음으로 저장 압력으로 감압될 수 있다.Process simulations were performed to illustrate the embodiment of FIG. 1. The pre-purified natural gas stream of
스크럽 컬럼 하부 류를 1862 lb몰/hr의 흐름률로 라인(134)을 경유하여 인출하고, NGL 분별 시스템(136)으로 보내는데, 이는 증기 탑정 생성물로서 메탄-에탄 혼합물을 생성하는 탈메탄기, 액체 탑정 생성물로서 고순도 에탄을 생성하는 탈에탄기, 액체 탑정 생성물로서 고순도 프로판을 생성하는 탈프로판기, 및 액체 탑정 생성물로서 고순도 부탄을 생성하는 탈부탄기를 포함하는 도 5에 도시된 바와 같은 일련의 증류 컬럼이다. 에탄, 프로판 및 부탄 액체는 98 몰% 초과의 순도를 갖는 다. 탈메탄기로부터의 메탄 및 에탄 혼합물을 회수 탄화수소로서 인출하여 연료로서 이용한다.The scrub column bottoms are withdrawn via
라인(575 및 577)의 미회수 액체 프로판 및 부탄을 라인(138)에서 조합하고, 프로판 냉장에 의해 -32℉로 열 교환기(581)에서 냉각하고, 펌프(583)에서 스크럽 컬럼 압력으로 펌핑한다. 라인(575)의 미회수 프로판은 탈프로판기 탑정 라인(541)의 탑정 류의 50%이고, 라인(577) 부탄의 미회수 부탄은 탈부탄기 탑정 라인(559)의 탑정 류의 60%이다. 라인(579)의 조합된 미회수 탄화수소 류는 1116 lb몰/hr의 흐름률 및 프로판 39%, 부탄 및 아이소부탄 60%, 그리고 부탄보다 중질인 성분 1%의 조성(몰%)을 갖는다. 펌핑된 미회수 액체 탄화수소는 펌프(127)로부터의 액화 메탄 함유 환류 류와 조합되고, 조합된 류는 스크럽 컬럼(118)의 상부로 도입된다.Unrecovered liquid propane and butane in
도 1은 본 발명의 구체예의 개략적인 공정 흐름도이다.1 is a schematic process flow diagram of an embodiment of the invention.
도 2는 본 발명의 다른 구체예의 개략적인 공정 흐름도이다.2 is a schematic process flow diagram of another embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 대안적인 구체예의 개략적인 공정 흐름도이다.3 is a schematic process flow diagram of an alternative embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 임의의 구체예와 함께 이용될 수 있는 대안적 방법의 개략적인 공정 흐름도이다.4 is a schematic process flow diagram of an alternative method that may be used with any embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 임의의 구체예와 함께 이용될 수 있는 예시적인 NGL 분별 시스템의 개략적인 공정 흐름도이다.5 is a schematic process flow diagram of an exemplary NGL fractionation system that may be used with any embodiment of the present invention.
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