KR101053265B1 - 천연가스 액화장치와 액화방법 - Google Patents

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폴 알. 한
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Abstract

천연가스 액화 시스템은 기계적 구동기와 압축기로 적절한 구조로 이루어진다. 열 회수 시스템이 액화 시스템에 이용되어 열효율을 향상시킨다. 또한, 특정한 시동 시스템이 이용된다.
압축기, 증기 터어빈, 냉동 사이클, 가스 터어빈, 간접 열교환기, 탄화수소.

Description

천연가스 액화장치와 액화방법{IMPROVED DRIVER AND COMPRESSOR SYSTEM FOR NATURAL GAS LIQUEFACTION}
본 발명은 천연가스를 액화하는 방법과 장치에 관한 것으로서, 다르게는 케스캐이드-식 천연가스 액화 플랜트에 관한 향상된 구동기와 압축기 구조에 관한 것이다.
천연가스의 극저온 액화는 일상적으로 운반과 저장을 목적으로 천연가스를 보다 유용한 형태로 변환하는 수단으로 이용된다. 그러한 액화는 약 600배 정도로 용량을 감소하여, 거의 대기압 수준에서 저장 및 운반할 수 있는 생성물로 만든다.
용이한 저장을 고려하여, 천연가스는 흔히 공급원으로부터 원거리 시장으로 파이프라인을 통해 전해진다. 대체로 일정하고 높은 로드 팩터(load factor) 하에서 파이프라인을 운영하지만, 흔히, 평소에 수요가 파이프라인의 공급능력을 초과하는 동안엔 파이프라인의 공급능력 또는 용량이 수요를 초과하기를 바란다. 수요가 공급을 초과할 때에 피크(peak) 또는 공급이 수요를 초과할 때에 밸리(valley)를 깎아내기(shave off) 위해서, 공급이 수요를 초과할 때에 배급하는 방식에서는 초과 가스를 저장하기를 원한다. 이러한 방식의 실행은 미래의 수요 피크가 저장 가스로 공급받을 수 있게 한다. 이러한 실행은 저장용으로 가스를 액화상태로 변환하고 그리고 공급을 요청받으면 상기 액체를 기체로 변환하는 동작을 하는 것을 의미한다.
천연가스의 액화는 후보지의 시장으로부터 상당히 원거리에 떨어져 있는 공급원에서 가스를 운반할 때에도 매우 중요한 것이다. 이것은 특히 운반이 대양 선박에 의해 이루어지는 장소에서는 분명한 사실이다. 기체상태로의 선박 운반은 일반적으로 적절한 여압이 특정 가스의 용량을 상당히 감소시킬 것을 요구하기 때문에 실질적이지 않은 것이다. 상기 여압은 상당히 비싼 비용의 저장 컨테이너를 사용할 것을 요구한다.
액체상태로 천연가스를 저장 및 운반하기 위해서는, 천연가스가 양호하게 -151℃ 내지 -162℃(-240℉ 내지 -260℉)으로 냉각되어야 하며, 여기서 LNG(liquefied natural gas)는 대기압 정도의 증기기체 압력(near-atmospheric vapor pressure)을 갖는다. 종래기술에서, 기체가 냉각되어 액화온도에 이를때까지 지속적으로 온도가 낮아지는 복수의 냉각 단계를 통해 상승 압력으로 기체가 순차적으로 통과하여 액화되는 천연가스를 액화시키는 수많은 시스템이 있다. 냉각은 일반적으로, 프로판, 플로필렌, 에탄, 에틸렌, 메탄, 질소 또는 상기 냉매(refrigerant)의 조합물 같은 1개 이상의 냉매와 열교환 하여 달성된다(예, 혼합된 냉동 시스템). 본 발명에 특히 적용할 수 있는 액화 방법은 최종 냉동 사이클용으로 개방 메탄 사이클을 이용하며, 압축 LNG-함유 스트림이 플래시(flash) 되고 그리고 상기 플래시 증기(예를 들면, 플래시 가스 스트림)가 순차적으로 냉각 작용제로서 이용되고, 재압축되고, 냉각되고, 피처리 천연가스 공급 스트림(feed stream)과 화합되고, 그리고 액화되어, 압축 LNG-함유 스트림을 생성한다.
천연가스 액화 플랜트를 설계할 때에 고려되어야만 하는 구동기의 5개의 주요한 경제적 사항은: 1)설비 투자비; 2)운영비; 3)유용성; 4)생산 효율; 및 5)열 효율 이다. 설비 투자비와 운영비는 프로젝트의 경제적 이행능력을 분석하는데 사용되는 일반적인 재무기준이다. 그런데, 유용성, 생산 효율 및, 열 효율은 임의적인 비율로 임의적인 생산 양을 생산하도록 복잡한 장비와 열 에너지를 활용하는 플랜트에 적용하는 관계에서는 일반적이지 않은 것이다. 천연가스 액화 영역에서, "유용성"은, 플랜트가 온라인에 있는 동안에 생산한 LNG의 양은 고려하지 않은, 단순히 플랜트가 온라인에 있는 시간 양(예를 들면, LNG 생산)을 평가한 것이다. LNG 플랜트의 "생산 효율"은 플랜트가 온라인에 있고 그리고 전체 설계용량으로 생산되는 시간을 평가한 것이다. LNG 플랜트의 "열 효율"은, 임의적인 양의 LNG를 생산하는데 취해진 에너지의 양을 평가한 것이다.
LNG 플랜트에 있는 압축기와 기계적 구동기(예를 들면, 가스 터어빈, 증기 터어빈, 전기모터 등)의 구조는, 플랜트의 설비 투자비, 운영비, 유용성, 생산 효율, 및 열 효율에 상당한 영향을 미친다. 일반적으로, LNG 플랜트에 있는 압축기와 구동기의 수가 증가하면, 플랜트의 유용성도 플랜트의 능력으로 인해 증가하여 더 많은 시간 동안 온라인에 남아 있는다. 그러한 향상된 유용성은, 냉동 사이클의 압축기가 만일 1개 압축기가 다운 되면 상기 냉동 사이클은 감소된 용량으로 작동을 지속하도록 병렬로 냉동 사이클에 연결된 "1개 2열(two-trains-in-one)" 설계에 의해 제공될 수 있다. 많은 "1개 2열" 설계에서 필요한 여유분의 단점은 압축기와 구동기의 수를 증가시키어, 프로젝트의 재정 비용을 증가시키는 것이다.
또한, 천연가스 액화 플랜트의 열 효율은 LNG 플랜트에서 임의적인 열-생성 작동부로부터 열을 회수하여, 플랜트 내의 열-소비 작동부로 회수된 열을 전달하여서 효율을 증가하는 것으로 알려져 있다. 그런데, 열 회수 시스템에 필요한 추가 장비와, 배관과 구성비용이, LNG 플랜트의 재정 비용을 상당히 상승시킨다.
따라서, 모든 LNG 플랜트 설계에서는 설비 투자비, 운영비, 유용성, 생산효율, 및 열 효율 간에 균형이 있을 필요가 분명히 있다. 경제적 경쟁성의 LNG 플랜트를 제공하는 열쇠는, 설비 투자비, 운영비, 유용성, 생산효율, 및 열 효율 사이에서 최적한 균형을 이루는 설계를 제안하는 것이다.
현재, 당 기술분야에서는, 설비 투자비와 운영비를 최소로 하면서, 유용성, 생산효율, 및 열 효율을 최대로 하는 최적한 구동기와 압축기 구조를 가진 새로운 천연가스 액화 시스템이 나타나기를 기대하고 있다.
또한, 설비 투자비 또는 운영비를 상당히 더하지 않고 열 효율을 상당히 향상시키는 소비 열 회수 시스템을 가진 새로운 천연가스 액화 시스템이 나타나기도 기대하고 있다.
상기 기대는 예를 들어 기술한 것으로, 본 발명에 의해 모두 달성될 필요는 없는 것임에 주의한다. 본 발명의 다른 목적과 특징을 명세서 및 도면을 통해 기술한다.
본 발명의 실시예에서, 천연가스를 액화하는 공정은: (a)제1압축기를 구동하는데 제1가스 터어빈을 사용하여, 제1냉동 사이클의 제1냉매를 압축하는 단계와; (b)제2압축기를 구동하는데 제2가스 터어빈을 사용하여, 제1냉동 사이클의 제1냉매를 압축하는 단계와; (c)제3압축기를 구동하는데 제1증기 터어빈을 사용하여, 제2냉동 사이클의 제2냉매를 압축하는 단계 및; (d)제4압축기를 구동하는데 제2증기 터어빈을 사용하여, 제2냉동 사이클의 제2냉매를 압축하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 천연가스를 액화하는 공정은: (a)제1압축기와 제2압축기를 구동하는데 제1가스 터어빈을 사용하여, 제1 및 제2압축기 각각에 제1 및 제2냉매를 압축하는 단계와; (b)제3압축기와 제4압축기를 구동하는데 제2가스 터어빈을 사용하여, 제3 및 제4압축기 각각에 제1 및 제2냉매를 압축하는 단계와; (c)제1 및 제2가스 터어빈의 적어도 하나에서 나오는 소비 열을 회수하는 단계와; (d)회수된 소비 열의 적어도 일부를 사용하여 제1증기 터어빈 파워에 협력하는 단계 및; (e)제1증기 터어빈을 사용하여 구동되는 제5압축기에 제3냉매를 압축하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 천연가스를 액화하는 공정은:(a)제1가스 터어빈에 의해 구동되는 제1압축기에 제1냉매를 압축하는 단계와; (b)제1가스 터어빈으로부터 소비 열을 회수하는 단계와; (c)제1가스 터어빈으로부터 회수된 소비 열의 적어도 일부를 사용하여 제1증기 터어빈의 파워에 협력하는 단계 및; (d)제1증기 터어빈에 의해 구동되는 제2압축기에 제2냉매를 압축하는 단계를 포함하며, 제2냉매는 메탄(methane)을 다수 부분(major portion)에서 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 천연가스를 액화하는 공정은:(a)제1냉매는 프로판, 프로필렌, 및 그 화합물로 구성된 그룹에서 선택된 탄화수소를 다수 부분에서 함유하고, 제1터어빈에 의해 구동되는 제1압축기에 제1냉매를 압축하는 단계와; (b)제2냉매는 에탄, 에틸렌, 및 그 화합물로 구성된 그룹에서 선택된 탄화수소를 다수 부분에서 함유하고, 제1터어빈에 의해 구동되는 제2압축기에 제2냉매를 압축하는 단계와; (c)천연가스를 냉각하는데 제1냉각장치(chiller)에 제1냉매를 사용하는 단계 및; (d)천연가스를 냉각하는데 제2냉각장치에 제2냉매를 사용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 천연가스를 액화하는 공정은: (a)천연가스를 냉각하는데 제1냉매로서 천연가스의 적어도 일부를 사용하는 단계와; (b)제1증기 터어빈에 의해 구동되는 제1그룹의 압축기로 제1냉매의 적어도 일부를 압축하는 단계와; (c)제2증기 터어빈에 의해 구동되는 제2그룹의 압축기로 제1냉매의 적어도 일부를 압축하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 천연가스를 액화하는 장치는 다단계에서 천연가스를 냉각하는데 복합 냉매를 이용한다. 상기 장치는 제1,제2,제3,제4 및 제5압축기, 제1 및 제2가스 터어빈, 제1증기 터어빈, 및 열 회수 시스템을 포함한다. 제1 및 제3압축기는 제1냉매를 압축하도록 작동하고, 제2 및 제4압축기는 제2냉매를 압축하도록 작동하고, 그리고 제5압축기는 제3냉매를 압축하도록 작동한다. 제1가스 터어빈은 제1 및 제2압축기를 구동하고, 제2가스 터어빈은 제3 및 제4압축기를 구동하고, 그리고 제1증기 터어빈은 제5압축기를 구동한다. 열 회수 시스템은 제1 및 제2가스 터어빈의 적어도 하나에서 나오는 소비 열을 회수하도록 작동하며, 제1증기 터어빈 파워에 협력하는데 회수된 소비 열을 이용한다.
본 발명의 부가적인 다른 실시예는 제1냉매로서 천연가스의 적어도 일부를 이용하는 천연가스를 액화하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 제1 및 제2증기 터어빈과 제1 및 제2그룹의 압축기를 포함한다. 제1그룹의 압축기는 제1증기 터어빈에 의해 구동되고, 제1냉매의 적어도 일부를 압축하도록 동작한다. 제2그룹의 압축기는 제2증기 터어빈에 의해 구동되고 그리고 제1냉매의 적어도 일부를 압축하도록 작동한다.
도1은 새로운 구동기/압축기 구조와 열 회수 시스템을 이용한 LNG 생성용 케스캐이드식 냉동공정을 간략하게 나타낸 흐름 다이어그램이다.
도1에 사용된 숫자는 다음과 같이 요약된다.
100-199: 주 메탄 스트림용 도관
200-299: 주 메탄 스트림용 장비와 용기
300-399: 주 프로판 스트림용 도관
400-499: 주 프로판 스트림용 장비와 용기
500-599: 주 에틸렌 스트림용 도관
600-699: 주 에틸렌 스트림용 장비와 용기
700-799: 구동기와 상관 장비
800-899: 열 회수, 스트림 발생, 및 각종 성분용 도관과 장비
본원에서 사용된 용어인, '개방-사이클 케스캐이드식 냉동공정'은 적어도 1개의 폐쇄 냉동 사이클과 1개의 개방 냉동 사이클을 포함하는 케스캐이드식 냉동공정을 언급한 것이고, 여기서, 개방 사이클에 이용된 냉동/냉각 작용제의 비등점은 폐쇄 사이클에 이용된 냉동 작용제의 비등점보다 낮고 그리고 압축 개방-사이클 냉동/냉각 작용제를 응축하도록 냉각 듀티(cooling duty)의 일부분이 1개 이상의 폐쇄 사이클에 의해 제공된다. 본원에서 메탄 또는 우위(predominately) 메탄 스트림은 개방 사이클에서 냉동/냉각 작용제로서 이용된다. 이러한 스트림에는 피처리 천연가스 공급 스트림과 압축된 개방 메탄 사이클 가스 스트림이 포함된다.
케스캐이드식 냉동공정의 설계는 열역학적 효율과 설비투자비의 균형을 포함한다. 열전달공정에서, 열역학적 비역행성(thermodynamic irreversibilities)은 가열 유체와 냉각 유체와의 사이의 온도 기울기가 작게되어 감소되지만, 그러나 그러한 작은 온도 기울기의 획득은 일반적으로, 필요한 가열/냉각 듀티가 양쪽 유량 및 접근과 배출 온도와 양립할 수 있도록, 열전달 지역의 양의 상당한 증가와, 각종 처리 장비에 대한 주요한 개조 및 그러한 장비를 통하는 적절한 유량의 선택이 필요하다.
천연가스를 액화하는 최상의 능률적인 유효한 수단의 하나는, 팽창식 냉각과 조합된 최적한 케스캐이드식 작동을 통하는 것이다. 그러한 액화공정에는, 다단식 프로판 사이클, 다단식 에탄 또는 에틸렌 사이클, 및 개방-단부 메탄 사이클을 통하는 통로에 의해 순차적으로 가스 스트림을 냉각하여 예를 들면 약 4.30MPa(625psia)의 상승 압력으로 천연가스 스트림을 순차적으로 냉각하는 동작이 포함되며, 상기 개방-단부 메탄 사이클(open-end methane cycle)은 메탄원으로 공급가스의 일부를 활용하며 그리고 다단계 팽창 사이클을 구비하여 추가로 냉각하여서 압력을 대기압 근방의 압력으로 저하시킨다. 냉각 사이클의 순서에서는, 최고 비등점을 가진 냉매가, 중간 비등점을 가진 냉매가 추종하고 그리고 최종적으로 최저 비등점을 가진 냉매가 따르게 첫째로 활용된다. 본원에서 사용되는 용어인 "프로판 냉각장치"는 프로판 또는 프로필렌의 비등점과 같거나 유사한 비등점을 가진 냉매를 이용하는 냉각 시스템을 지시한다. 본원에서 사용되는 용어인 "에틸렌 냉각장치"는 에탄 또는 에틸렌의 비등점과 같거나 유사한 비등점을 가진 냉매를 이용하는 냉각 시스템을 지시한다. 본원에서 사용되는 용어인 "상류(upstream)"와 "하류(downstream)"는 플랜트를 통한 천연가스의 유로를 따라서 천연가스 액화 플랜트의 각종 성분의 상관 위치를 기술하는데 사용된 것이다.
다양한 예비 처리단계는, 설비에 전달되는 천연가스 공급 스트림으로부터 산 기체(acid gas), 메르캅탄, 수은 및 습기와 같은 바람직하지 않은 성분을 제거하는 수단을 제공한다. 이러한 가스 스트림의 화합물은 상당한 가변성이 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 천연가스 스트림은 기본적으로 예를 들어, 에탄, 고 탄화수소, 질소, 이산화탄소, 및 수은, 황화수소, 및 메르캅틴과 같은 소량의 다른 오염물의 잔량을 갖고, 천연가스 공급 스트림으로부터 대부분의 양이 기원하는 메탄을 포함한 스트림이고, 상기 공급 스트림은 예를 들어 적어도 85체적%의 메탄을 함유한 것이다. 예비 처리단계는 냉각 사이클의 상류 또는 개시 사이클에서 초기 냉각 단계 중의 한 단계의 하류의 어느 한 곳에 위치한 분리 단계이다. 당 기술분야의 기술인이 용이하게 실시할 수 있는 활용가능한 몇몇 수단의 특별 목록을 동반한다. 산 기체와 소량의 메르캅틴은 수성 아민-함유 용액을 이용하는 수착공정(sorption process)을 통해 통상적인 방식으로 제거된다. 이러한 처리단계는 일반적으로 개시 사이클에서 냉각 단계의 상류흐름을 이행한다. 대부분의 물은 일반적으로, 가스 압축에 따르는 2상 기체-액체 분리에 의해 액체로 제거되어 개시 냉각 사이클의 상류흐름을 냉각하고 그리고 개시 냉각 사이클에서 제1냉각단계의 하류흐름도 냉각한다. 수은(mercury)은 일반적으로 수은 솔벤트 베드에 의해 제거된다. 잔량의 물과 산 기체는 일반적으로 재생성 분자 시브(regenerable molecular sieves)와 같은 적절히 선택된 솔벤트 베드를 사용하여 제거된다.
일반적으로, 예비 처리된 천연가스 공급 스트림은 상승된 압력에서 액화 공정으로 배급되거나, 또는 3.44MPa(500psia)보다 큰 압력, 양호하게는 약 3.44MPa 내지 약 6.20MPa(약 500psia 내지 약 900psia)의 압력, 보다 양호하게는 약 3.44MPa 내지 약 4.65MPa(약 500psia 내지 약 675psia)의 압력, 보다 더욱 양호하게는 약 4.13MPa 내지 약 4.65MPa(약 600psia 내지 약 675psia)의 압력, 그리고 가장 양호하게는 약 4.30MPa(약 625psia)의 압력의, 상승된 압력으로 압축된다. 스트림 온도는 일반적으로 주변과 근사한 온도 내지는 주변보다 약간 높은 온도로 있다. 대표적인 온도 범위는 15.5℃ 내지 58.8℃(60℉ 내지 138℉)이다.
상술한 바와 같이, 천연가스 공급 스트림은 복수의 냉매, 양호하게는 3개 냉매와 간접적인 열교환으로 복수개의 다단계(예, 3개) 사이클 또는 단계에서 냉각된다. 주어진 사이클의 전체 냉각효율은 단계 수의 증가로 향상되지만 이러한 효율의 증가는 대응하는 순 설비투자비의 상승과 공정의 복잡성을 동반한다. 공급가스는 양호하게 상당한 고 비등 냉매를 활용하는 제1폐쇄 냉동 사이클에서 효율적인 수의 냉동단계, 보통은 2단계, 양호하게는 2 내지 4단계, 보다 양호하게는 3단계를 통과한다. 이러한 냉매는 양호하게 다수 부분의 프로판, 프로필렌 또는 그 혼합물을 포함한다. 보다 양호하게는 냉매가 적어도 약 75몰% 프로판, 더욱 양호하게는 적어도 90몰% 프로판, 그리고 가장 양호하게는 냉매는 프로판을 기본적으로 구성한 것이다. 따라서, 피처리 공급 가스는 저 비등점을 가진 냉매와 열교환하는 제2폐쇄 냉동 사이클에서 유효한 수의 단계, 보통은 2개, 양호하게는 2개 내지 4개, 그리고 보다 양호하게는 2개 또는 3개의 단계를 통해 흐른다. 그러한 냉매는 양호하게 다수 부분의 에탄, 에틸렌, 또는 그 혼합물을 함유하고, 보다 양호하게는 냉매는 적어도 약 75몰% 에틸렌, 더욱 양호하게는 적어도 90몰% 에틸렌을 함유하고, 그리고 가장 양호하게는 냉매는 에틸렌을 기본적으로 구성한 것이다. 각각의 냉각 단계는 분리된 냉각지대를 포함한다. 상술한 바와 같이, 피처리 천연가스 공급 스트림은 제2사이클의 다양한 구역에서 1개 이상의 재생사이클 스트림(예를 들면, 압축 개방 메탄 사이클 가스 스트림)과 합쳐져서, 액화 스트림을 생성한다. 제2냉각 사이클의 최종 단계에서, 액화 스트림은 냉매를 가진 다수 부분에서, 양호하게는 그 전체 부분에서 응축(예를 들면, 액화)되어, 압축 LNG-함유 스트림을 생성한다. 상기 냉매는 다수 부분의 메탄(major portion of methane)에 포함된다. 일반적으로, 이 구역에서의 처리압력은 제1사이클의 제1단계에 대한 예비처리된 공급가스의 압력보다 약간 더 낮을 뿐이다.
일반적으로, 천연가스 공급 스트림은 1개 이상의 냉각 단계에서 C2+리치 액체의 형성을 초래하는 그러한 양의 C2+성분을 함유한다. 이 액체는 가스-액체 분리수단, 양호하게는 1개 이상의 종래 가스-액체 분리기에 의해 제거된다. 일반적으로, 각 단계에서의 천연가스의 순차적인 냉각동작은 가스로부터 C2와 고분자 중량 탄화수소의 가능한 만큼의 양을 제거하도록 제어되어, 메탄에서 우세한 가스 스트림 및 상당한 양의 에탄과 중량 성분(heavier components)을 함유한 액체 스트림을 생성한다. 유효한 수의 기체/액체 분리수단은 C2+성분 내의 리치(rich) 액체 스트림을 제거하기 위해 냉각 지대의 전략구역 하류에 위치한다. 가스/액체 분리수단, 양호하게는 종래 가스/액체 분리기의 정확한 구역과 수는, 천연가스 공급 스트림의 C2+조성물, LNG제품의 소망 BTU내용물, 기타 용도를 위한 C2+의 성분의 값 및, LNG플랜트와 가스 플랜트 작동기술에서의 기술인에 의해 일상적으로 고려되는 그 밖의 요소와 같은 다수의 작동 매개변수가 따른다. C2+탄화수소 스트림(들)은 단일 단계 플래시 또는 분별 증류 칼럼에 의해 디메탄(demethanize) 된다. 분별증류 칼럼의 경우에는 결과물의 메탄-리치 스트림이 액화공정으로 압력을 받아 바로 귀환한다. 단일 단계 플래시의 경우에는, 상기 메탄-리치 스트림이 재가압되어 연료가스로서 재순환하거나 사용된다. C2+탄화수소 스트림(들) 또는 디메탄 C2+탄화수소 스트림이 연료로서 사용되거나 또는 특정한 화학적 구성물질(예, C2,C3+,C4+,C5+)에서 개별적인 스트림 리치(individual streams rich)를 생성하도록 1개 이상의 분별증류 지대에서의 분별증류로 부가적으로 처리된다.
다음, 압축 LNG-함유 스트림이, 후술되는 방식으로 이러한 제3사이클에서 발생되는 플래시 가스(예를 들면, 플래시 가스 스트림)와 메인 메탄 절약기(main methane economizer)에서의 접촉에 의해 그리고 대기압 근방에서 압축 LNG-함유 스트림의 팽창에 의해 개방 메탄 사이클로 언급되는 제3사이클 또는 단계에서 더욱 냉각된다. 제3냉동 사이클에서의 냉매로서 사용되는 플래시 가스가 양호하게, 메탄의 다수 부분에 양호하게 포함되고, 보다 양호하게는 냉매가 적어도 약 75몰% 메탄을 함유하고, 더욱 양호하게는 적어도 90몰%메탄을 함유하고, 그리고 가장 양호하게는 상기 냉매는 기본적으로 메탄을 구성한다. 대기압 근방으로 압축 LNG-함유 스트림이 팽창하는 중에, 압축 LNG-함유 스트림은 적어도 1개, 양호하게는 2개 내지 4개로, 보다 양호하게는 3개의 팽창부를 경유하여 냉각되며, 각각의 팽창은 줄-톰슨 팽창 밸브(Joule-Thomson expansion valve) 또는 유압 팽창기의 어느 하나의 압력감소수단으로 이용한다. 상기 팽창은 분리기에 의한 가스-액체 생성물의 분리가 동반된다. 유압 팽창기를 이용하여 적절하게 작동하면, 파워 회수(recovery of power)과 관련한 큰 효율과, 스트림 온도의 큰 감소, 및 플래시 단계 중에 증기가 거의 없는 생성물은 흔히, 팽창기와 상관된 보다 비용이 많이 드는 설비 투자비와 운영비를 보다 많이 차감할 것이다. 실시예에서, 플래시 동작에 앞서 압축 LNG-함유 스트림의 추가 냉각동작이 1개 이상의 유압 팽창기에 의해서 그리고 상기 플래시 가스 스트림을 이용하는 간접 열교환 수단에 의해서 상기 스트림 부분을 먼저 플래시 할 수 있게 만들어서, 플래시 동작에 앞서 압축 LNG-함유 스트림의 나머지 부분을 냉각한다. 다음, 이러한 온난한(warm) 플래시 가스 스트림은 개방 메탄 사이클에서 온도와 압력조건에 기본한 적절한 구역으로 귀환하여 재순환되고, 그리고 재압축된다.
제3사이클에 유입되는 압축 LNG-함유 스트림, 양호하게는 액체 스트림이 약 3.79MPa - 4.48MPa(약 550 - 650psia)에 있으면, 3개 단계의 플래시 공정의 대표적인 플래시 압력은 약 1,171 - 1,447kPa(170 - 210psia), 310 - 517kPa(45 -75psia), 및 68.9 - 276kPa(10 - 40psia)이다. 대기압에 가까운 압축 LNG-함유 스트림, 양호하게는 액체 스트림의 플래시 동작은 약 -151℃ 내지 -162℃(약 -240℉ 내지 -260℉)의 온도를 가진 LNG 생성물을 생성한다.
캐스케이드식 공정은 천연가스 스트림으로부터 냉매로 열 에너지를 전달하여, 궁극적으로는, 상기 열 에너지를 대기로 전달하기 위한 1개 이상의 냉매를 사용한다. 기본적으로, 전체 냉동 시스템은, 스트림이 점진적으로 낮은 온도로 냉각되어 천연가스 스트림으로부터 열 에너지를 제거하는 열 펌프로서 기능을 한다.
액화공정은 다음을 포함하지만 이러한 사실을 한정하는 것은 아닌 것으로, (a)간접 열 교환, (b)기화상태, 및 (c)팽창 또는 압력 감소를 포함한다. 본원에 사용된 간접 열 교환은 냉매가 냉동 작용제와 물질 사이에 실질적인 물리적 접촉이 없이 물질을 냉각하여 냉각되는 공정을 언급한 것이다. 특정 예의 간접 열 교환 수단은 셀-튜브 열 교환기, 코어-인-케틀(kettle) 열 교환기, 및 황동 알루미늄 평판-핀(fin) 열교환기에서 받는 열 교환을 포함한다. 냉각되는 냉매와 물질의 물리적 상태는 선택된 열 교환기 타입과 시스템의 수요에 따라 변경할 수 있다. 따라서, 셀-튜브 열 교환기는 일반적으로, 냉동 작용제가 액체 상태에 있고 그리고 냉각되는 물질은 액체 또는 기체상태로 있는 곳에서, 또는 상기 물질의 하나가 상 변화를 받고 그리고 공정조건이 코어-인-케틀 열 교환기의 사용이 바람직하지 않을 때에, 활용할 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 및 알루미늄 합금은 코어용의 양호한 구조 재료이지만, 상기 재료는 설계된 공정조건에서 사용하기에 적합하지 않을 수 있다. 평판-핀 열 교환기는 일반적으로 냉매가 기체상태에 있고 그리고 냉각되는 물질이 액체 또는 기체상태에 있는 곳에서 활용된다. 마지막으로, 코어-인-케틀 열 교환기는 일반적으로 냉각되는 물질이 액체 또는 기체이고 그리고 상기 냉매가 열 교환 중에 액체 상태에서 기체 상태로 상 변화를 받는 곳에서 활용된다.
증발 냉각은 일정한 압력에서 유지된 시스템으로 물질의 일부를 증발 또는 기화하여 물질을 냉각하는 것을 언급한다. 따라서, 기화 중에, 증발하는 물질 부분은 액체상태로 남아 있는 물질 부분에서 열을 흡수하여, 액체 부분을 냉각한다.
끝으로, 팽창 또는 압축 감소 냉각은 가스, 액체 또는 2개-상 시스템의 압력이 압력 감소수단을 통해 지나가 감소될 때에 발생하는 냉각을 언급한다. 일 실시예에서, 이러한 팽창 수단은 줄-톰슨 팽창 밸브이다. 다른 실시예에서, 상기 팽창수단은 유압 또는 가스 팽창기의 어느 하나이다. 팽창기가 팽창공정에서 일 에너지를 회수하기 때문에, 저 공정 스트림 온도는 팽창이 가능한 것이다.
도1에 개략적으로 나타낸 흐름도와 장치는 개량된 액화공정의 양호한 실시예이다. 당분야의 기술인은 도1이 개략적으로 도시한 것이며, 따라서 운영을 성공적으로 하기 위한 상용 플랜트에서 소요될 수 있는 많은 장비 아이템이 명확한 도시를 위해 생략되어 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러한 아이템으로는, 예를 들어 압축기 제어, 흐름 및 수준 측정 및 대응 컨트롤러, 온도와 압력 제어부, 펌프, 모터, 필터, 부가 열 교환기, 및 밸브 등이 포함된다. 상기 아이템은 표준 공학기술 실시에 따라서 제공된다.
도1의 이해를 용이하게 하기 위해서, 첨부 번호를 이용한 도면 번호가 이용되었다. 아이템에 부여된 번호(100-199)는 주로 메탄을 함유한 흐름 라인 또는 도관에 상당한다. 아이템에 부여된 번호(200-299)는 주로 메탄을 함유한 흐름 라인 또는 도관에 상당한다. 아이템에 부여된 번호(300-399)는 주로 프로판을 함유한 흐름 라인 또는 도관에 상당한다. 아이템에 부여된 번호(400-499)는 주로 프로판을 함유한 유체 스트림을 함유하거나/작동하는 공정 용기와 장비이다. 아이템에 부여된 번호(500-599)는 주로 에틸렌을 함유한 흐름 라인 또는 도관에 상당한다. 아이템에 부여된 번호(600-699)는 주로 에틸렌을 유체 스트림에 함유하거나/작동하는 공정 용기와 장비이다. 아이템에 부여된 번호(700-799)는 기계적 구동기이다. 아이템에 부여된 번호(800-899)는 열 회수 시스템, 증기 발생, 또는 도1에 설명된 시스템의 다른 각종 성분과 상관된 도관 또는 장비이다.
도1을 참고로 설명하면, 상술된 천연가스 공급 스트림은 천연가스 파이프라인으로부터 도관(100)으로 유입된다. 유입구 압축기(202)에서는 천연가스가 압축되고 그리고 공기는 냉각되어, 천연가스 유출 압축기(202)가 일반적으로 약 3.44MPa 내지 약 5.51MPa(약 500psia 내지 약 800psia) 범위의 압력을 갖고 그리고 약 23.8℃ 내지 약 79.4℃(약 75℉ 내지 약 175℉) 범위의 온도를 갖는다. 다음, 천연가스는 도관(102)에 의해 산(acid) 기체 제거 유닛(204)으로 흐른다. 양호하게, 산 기체 제거 유닛(204)은 아민 용매(예, 디그리콜 아민:Diglycol Amine)를 이용하여 CO2와 H2S 같은 산 기체를 제거한다. 바람직하게, 산 기체 제거 유닛(204)은 CO2를 50ppm 미만으로 그리고 H2S를 2ppmv 미만으로 낮아지게 제거하도록 작동한다. 산 기체를 제거한 후에, 천연가스는 도관(104)을 경유하여, 천연가스로부터 대체로 모든 물을 제거하도록 작동할 수 있는 탈수 유닛(206)으로 전달된다. 탈수 유닛(206)은 양호하게 천연가스를 건조하기 위한 복합-베드 재생성 분자 시브(multi-bed regenerable molecular sieve) 시스템을 이용한다. 다음, 건조된 천연가스는 도관(106)을 경유하여 수은(mercury) 제거 시스템(208)으로 간다. 수은 제거 시스템(208)은 양호하게, 황 주입된 활성 탄소를 함유한 적어도 1개의 고정된 베드 용기를 이용하여, 천연가스로부터 수은을 제거한다. 결과물로서, 예비 처리된 천연가스는 도관(108)을 통해서 액화 시스템에 도입된다.
제1냉동 사이클의 일 부분으로, 기체의 프로판은 각각 제1 및 제2가스 터어빈 구동기(700,702)에 의해 구동되는 제1 및 제2다단계 프로판 압축기(400,402)에서 압축된다. 단일 구동기에 의해 구동되도록 함께 기계적으로 결합된 분리 유닛이 이용될 수 있더라도, 3개의 압력 단계에서는 양호하게 단일 유닛(예를 들면, 몸체)이 제공된다. 압축 시에, 제1 및 제2프로판 압축기(400,402)로부터의 압력 프로판은 공통 도관(304)으로 각각 도관(300,302)을 경유하여 전도된다. 다음, 압력 프로판은 공통 도관(304)을 통과하여 쿨러(404)로 간다. 쿨러(404)의 하류 바로 앞의 액화 프로판의 압력과 온도는 양호하게 약 37.7-54.4℃(약 100-130℉)와 1.17-1.45MPa(170-210psia)이다. 도1에서 설명되지 않았더라도, 양호하게 분리 용기가 액화 프로판으로부터 잔류 라이트(light) 성분을 제거하기 위해 팽창 밸브(406)의 상류와 쿨러(404)의 하류에 배치된다. 상기 용기는 단일-단계의 가스 액체 분리기를 포함하거나 또는 보다 복잡하게 되고 그리고 어큐뮤레이터 섹션, 콘덴서 섹션, 및 압소버 섹션을 포함하는데, 뒤에 2개 섹션은 프로판으로부터 잔류 라이트 성분을 제거하기 위해 연속적으로 작동되거나 주기적으로 온-라인으로 전해진다. 이러한 경우에, 쿨러(404)로부터의 스트림 또는 상기 용기로부터의 스트림은 팽창 밸브(406)와 같은 압력저하수단으로 도관(306)을 통해 지나가고, 여기서 액화 프로판의 압력이 감소되어 그 일부분이 증발 또는 플래시 된다. 다음, 결과물의 2개-상 생성물(resulting two-phase product)은, 도관(158)을 통해 유입된 기체 메탄 냉매와, 도관(108)을 통해 유입 공급된 천연가스 및, 간접 열교환 수단(239,210,606)에 의해 도관(506)을 통해 유입된 기체 에틸렌 냉매와 간접방식 열 교환을 위해 고-단계 프로판 냉각장치(408) 쪽으로 도관(308)을 통해 흘러가서, 도관(160,110,312)을 통해 각각 전달된 냉각된 가스 스트림을 생성한다.
냉각장치(408)로부터의 플래시 프로판 가스는 도관(310)을 통해 제1 및 제2프로판 압축기(400,402)의 고 단계 유입구로 귀환한다. 나머지 액체 프로판은 도관(312)을 통해 지나가고, 압력이 팽창 밸브(410)로 설명된 압력감소수단을 통하는 통로에 의해 더욱 낮아지며, 이때 액화 프로판의 추가 부분은 플래시 된다. 다음, 결과물의 2개-상 스트림이 도관(314)을 통해 중간-단계 프로판 냉각장치(412)에 공급되어, 냉각장치(412)용 냉각제(coolant)를 제공한다.
고-단계 프로판 냉각장치(408)로부터의 냉각된 천연가스 공급 스트림은 녹아웃(knock-out) 용기(210)로 도관(110)을 통해 흐르며, 여기서 기체와 액체 상은 분리된다. C3+성분에서 농후하게 있는 액체 상은 도관(112)을 통해서 제거된다. 기체 상은 도관(114)을 통해 제거되어, 중간-단계 프로판 냉각장치(412)로 전달된다. 에틸렌 냉매는 도관(508)을 통해 냉각장치(412)로 유입된다. 냉각장치(412)에서, 피처리 천연가스 스트림과 에틸렌 냉매 스트림은 각각, 간접 열교환 수단(214,608)을 통해 냉각되어서, 냉각된 피처리 천연가스 스트림과 도관(116,510)을 경유하는 에틸렌 냉매 스트림을 생성한다. 따라서, 프로판 냉매의 증발 부분이 분리되어, 프로판 압축기(400,402)의 중간-단계 유입구로 도관(316)을 통해 지나간다. 액체 프로판은 도관(318)을 통해 지나가고, 압력은 팽창 밸브(414)로 설명된 압력감소수단을 통하는 통로에 의해 더욱 낮아지며, 그 결과 액화 프로판의 추가 부분이 플래시 된다. 다음, 결과물의 2개-상 스트림이 도관(320)을 통해 저-단계 프로판 냉각장치/콘덴서(416)로 공급되어, 냉각장치(416)에 냉각제를 제공한다.
도1에 설명된 바와 같이, 냉각된 피처리 천연가스 스트림은 중간-단계 프로판 냉각장치(412)로부터 저-단계 프로판 냉각장치/콘덴서(416)로 도관(116)을 통해서 흘러간다. 냉각장치(416)에서는 스트림이 간접 열 교환 수단(216)을 통해서 냉각된다. 유사한 방식으로, 에틸렌 냉매 스트림은 도관(510)을 통해서 저-단계 프로판 냉각장치/콘덴서(416)로 중간-단계 프로판 냉각장치(412)로부터 흘러간다. 후자에서는, 에틸렌-냉매가 거의 전체적으로 간접 열교환 수단(610)에 의해 응축된다. 기화된 프로판은 저-단계 프로판 냉각장치/콘덴서(416)로부터 제거되어, 도관(322)을 통해서 프로판 압축기(400,402)의 저-단계 유입구로 귀환한다. 도1이 동일한 용기에서 발생하는 도관(116,510)에 의해 제공된 스트림의 냉각동작을 설명하였더라도, 스트림(116)의 냉각동작(chilling)과 스트림(510)의 응축동작(condensing)은 각각 분리 처리 용기(예, 각각 분리 냉각장치와 분리 콘덴서)에서 발생할 것이다.
도1에서 설명된 바와 같이, 냉각 압축된 개방 메탄 사이클 가스 스트림의 일부분이 도관(162)에 의해 제공되어, 도관(118)을 통해 저-단계 프로판 냉각장치/콘덴서(416)를 빠져나오는 피처리 천연가스 공급 스트림과 결합하여, 액화 스트림을 형성하고, 그리고 이러한 스트림은 도관(120)에 의해 고-단계 에틸렌 냉각장치(618)에 유입된다. 에틸렌 냉매는 도관(512)에 의해 저-단계 프로판 냉각장치/콘덴서(416)를 빠져나가서, 라이트(light) 성분이 도관(513)에 의해 제거되고 그리고 응축 에틸렌은 도관(514)에 의해 제거되는 분리 용기(612)로 공급된다. 분리 용기(612)는 액화 프로판 냉매로부터 라이트 성분의 제거에 관해 논의한 상술한 용기와 유사한 것이고 그리고 시스템으로부터 제거된 라이트 성분의 상당한 선택성을 초래하는 다 단계 작동부 이거나 또는 단일 단계 가스/액체 분리기 이다. 상기 공정에서 이러한 구역에 에틸렌 냉매는 일반적으로 약 1.86MPa 내지 약 2.07MPa(약 270psia 내지 약 300psia) 범위의 압력과 약 -26 내지 약 -34.4℃(약 -15℉ 내지 약 -30℉) 범위의 온도에 있다. 다음, 도관(514)을 경유하는 에틸렌 냉매는 메인 에틸렌 절약기(690)로 흐르며, 여기서 간접 열교환 수단(614)에 의해 냉각되어 도관(516)에 의해 제거되어, 팽창 밸브(616)와 같은 압력감소수단을 지나가고, 상기 냉매는 예비 선택된 온도와 압력으로 플래시 되어, 도관(518)에 의해 고-단계 에틸렌 냉각장치(618)로 공급된다. 증발기체는 도관(520)을 통해서 냉각장치로부터 제거되어, 메인 에틸렌 절약기(690)로 보내지며, 여기서 상기 증발기체는 간접 열교환 수단(619)에 의해 냉각제로서의 기능을 한다. 다음, 에틸렌 증발기체는 도관(522)을 통해서 에틸렌 절약기(690)로부터 제거되어, 제1 및 제2에틸렌 압축기(600,602)의 고-단계 유입구로 공급된다. 고-단계 에틸렌 냉각장치(618)에서 증발되지 않은 에틸렌 냉매는 도관(524)을 통해서 제거되고 그리고 간접 열 교환 수단(620)에 의해 부가로 냉각되기 위해 에틸렌 절약기(690)로 귀환하여, 도관(526)을 통해 에틸렌 절약기(690)로부터 제거되어, 팽창 밸브(622)로서 설명된 압력감소수단에서 플래시 되며, 그 결과물의 2개-상 생성물은 도관(528)을 통해 저-단계 에틸렌 냉각장치(624)에 유입된다. 액화 스트림은 도관(122)에 의해 고-단계 에틸렌 냉각장치(618)로부터 제거되어, 저-단계 에틸렌 냉각장치(624)로 직접 공급되며, 여기서 간접 열교환 수단(220)에 의해 추가 냉각과 부분적 응축을 받는다. 다음, 결과물의 2개-상 스트림은 도관(124)을 통해 2개-상 분리기(222)로 흐른다. 상기 분리기(222)는 도관(128)을 경유하는 메탄-리치 증발기체 스트림과, 도관(126)을 경유하는, 용기(224)에서 순차적으로 플래시 또는 분별 증류되어 도관(132)을 통한 중량 스트림을 생성하는 C2+성분이 농후한 액체 스트림과, 도관(164)을 통해 전달되어 도관(150)을 통하여 제2스트림과 결합한 후에, 고-단계 메탄 압축기(234,236)로 공급되는 제2메탄-리치 스트림을 생성한다. 실시예에서, 2개-상 분리기(222)는 제2냉각장치의 하류에 위치하며, 제2냉매로서 사용하기 위해 천연가스의 적어도 일부를 분리한다.
도관(128) 내의 스트림과, 도관(129)에 의해 제공되는 냉각 압축된 개방 메탄 사이클 가스 스트림이 결합되어, 저-단계 에틸렌 콘덴서(628)로 도관(130)을 통해 공급되며, 이러한 스트림은 도관(532)을 경유하여 저-단계 에틸렌 콘덴서(628)와 통하는 저-단계 에틸렌 냉각장치(624)에서 나오는 액체 유출물과 간접 열교환 수단(226)에 의해 열을 교환한다. 콘덴서(628)에서, 상기 결합 스트림은 응축되고 그리고 압축 LNG-함유 스트림은 도관(134)을 통해서 콘덴서(628)로부터 생성된다. 도관(530)을 통해서 저-단계 에틸렌 냉각장치(624)로부터 나오고, 도관(534)을 통해서 저-단계 에틸렌 콘덴서(628)로부터 나오는 증발기체는, 결합되어 도관(536)을 경유하여, 증발기체가 간접 열교환 수단(630)에 의한 냉각제로서 기능을 하는 메인 에틸렌 절약기(690)로 보내진다. 다음, 상기 스트림은 메인 에틸렌 절약기(690)로부터 에틸렌 압축기(600,602)의 저-단계 유입구로 도관(538)을 경유하여 보내진다. 도1에서 볼 수 있는 바와 같이, 압축기(600,602)의 저-단계 유입구를 경유하여 도입되는 증발기체로부터의 압축기 유출물은 제거되어, 중간-단계 쿨러(640,642)에 의해 냉각되어, 도관(522)에 존재하는 고-단계 스트림에 분사하기 위해 에틸렌 압축기(600,602)로 귀환한다. 양호하게, 상기 2개 단계는, 이들이 각각 분리 모듈로 있고 그리고 상기 모듈은 공통 구동기에 기계적으로 결합되어 있더라도, 단일 모듈이다. 에틸렌 압축기(600,602)로부터의 압축된 에틸렌 생성물은 도관(500,502)을 통해서 공통 도관(504)으로 보내진다. 다음, 압축된 에틸렌은 공통 도관(504)을 통해서 하류 쿨러(604)로 전도된다. 쿨러(604)로부터의 생성물은 도관(506)을 통해서 흐르고 그리고 상술한 바와 같이 고-단계 프로판 냉각장치(408)로 도입된다.
양호하게 도관(134) 내에서 그 전체가 액체 스트림인, 압축된 LNG-함유 스트림은 일반적으로 약 4.14MPa 내지 약 4.34MPa(약 600psia 내지 약 630psia) 범위의 압력과 약 -95.5 내지 약 -78.8℃(약 -140℉ 내지 약 -110℉) 범위의 온도에 있다. 이러한 스트림은 도관(134)을 경유하여, 스트림이 이하에 설명되는 바와 같이 간접 열교환 수단(228)에 의해 부가적으로 냉각되는 메인 메탄 절약기(290)를 통해 지나간다. 메인 메탄 절약기(290)로부터, 압축 LNG-함유 스트림이 도관(136)을 통해 지나가고 그리고 그 압력은, 가스 스트림의 일부를 증발 또는 플래시하여 플래시 가스 스트림을 발생하는, 팽창 밸브(229)로서 설명된 압력감소수단에 의해 낮아진다. 다음, 플래시 스트림은 도관(166)을 통해 방출되는 액체 상 스트림(예를 들면, 압축 LNG-함유 스트림)과 도관(140)을 통해 방출되는 플래시 가스 스트림으로 분할되는 고-단계 메탄 플래시 드럼(230)으로 도관(130)을 통해 지나간다. 다음, 플래시 가스 스트림은, 스트림이 간접 열교환 수단(232)에 의해 냉각제로서 기능을 하는 도관(140)을 경유하여 메인 메탄 절약기(290)로 전송된다. 플래시 가스 스트림(예, 따뜻한 플래시 가스 스트림)은 도관(164)에 의해 전달되는 가스 스트림과 결합되는 도관(150)을 경유하여 메인 메탄 절약기(290)를 빠져 나온다. 다음, 이러한 스트림은 고-단계 메탄 압축기(234,236)의 유입구로 공급된다. 도관(166) 내의 액체 상은 제2메탄 절약기(244)를 통해서 지나가고, 상기 액체는 하류 플래시 가스 스트림에 의해 간접 열교환 수단(246)에 의해 부가로 냉각된다. 냉각 유체는 도관(168)에 의해 제2메탄 절약기(244)를 빠져나가서, 팽창 밸브(248)로서 설명되는 압력감소수단에 의해 팽창 또는 플래시 되어, 압력을 더욱 감소하고, 동시에 그 제2부분을 기화시킨다. 다음, 이러한 플래시 가스 스트림은 중간-단계 메탄 플래시 드럼(250)을 지나가고, 여기서 상기 스트림은 도관(172)을 통해 지나가는 플래시 가스 스트림과 도관(170)을 통해 지나가는 액체 상 스트림으로 분리된다. 플래시 가스 스트림은 도관(172)을 통해 제2메탄 절약기(244)로 흐르고, 여기서 가스는 간접 열교환 수단(252)에 의해 도관(166)을 경유하여 절약기(244)로 도입되는 액체를 냉각한다. 도관(174)은 제2메탄 절약기(244)의 간접 열교환 수단(252)과 메인 메탄 절약기(290)의 간접 열교환 수단(254) 사이에 흐름 도관으로서 역할을 한다. 온난한 플래시 가스 스트림은 중간-단계 메탄 압축기(256,258)의 유입구에 연결된 도관(176)을 경유하여 메인 메탄 절약기(290)를 떠난다. 도관(170)을 경유하여 중간 단계 플래시 드럼(250)을 빠져나가는 액체 상은 부가로, 팽창 밸브(260)로서 설명된 압력감소수단을 통하는 통로로 양호하게 약 172kPa(25psia)까지 압력이 감소된다. 다시, 액화 가스의 제3부분은 기화 또는 플래시 된다. 팽창 밸브(260)로부터의 유체는 최종 또는 저 단계 플래시 드럼(262)을 지나간다. 플래시 드럼(262)에서, 증기기체 상은 플래시 가스 스트림으로 분리되어, 제2메탄 절약기(244)로 도관(180)을 통해 지나가며, 여기서 플래시 가스 스트림은 간접 열교환 수단(264)에 의해 냉각제로서 기능을 하고, 메인 메탄 절약기(290)에 연결되는 도관(182)을 경유하여 제2메탄 절약기(244)를 빠져나가며, 여기서 플래시 가스 스트림은 간접 열교환수단(266)에 의해 냉각제로서 기능을 하여, 궁극적으로 저-단계 메탄 압축기(268,270)의 유입구에 연결되는 도관(184)을 경유하여 메인 메탄 절약기(290)를 이탈한다. 실시예에서, 저 단계 압축기(268)는 제5압축기이고 그리고 저 단계 압축기(270)는 제6압축기이다. 대략 대기압으로 있는 플래시 드럼(262)으로부터의 액화 천연가스 생성물(예를 들면, LNG 스트림)은, 저장 유닛으로 도관(178)을 통해 지나간다. 저장 유닛에서의 저압, 저온도 LNG 증발손실 증발기체 스트림은 양호하게, 도관(180,182, 또는 184)에 존재하는 저압 플래시 가스와 상기 스트림을 결합하여 회수되고, 상기 선택된 도관은 가능한 근접하여 가스 스트림 온도와 어울리게 있다.
도1에 도시된 바와 같이, 메탄 압축기(234,236,256,258,268,270)는 양호하게 기계적으로 함께 결합되어 2개의 구동기(704,706)에 의해 구동되는 분리 유닛으로 존재한다. 실시예에서, 메탄 압축기(256)는 제7압축기이다. 다른 실시예에서, 메탄 압축기(234)는 제8압축기이다. 부가 실시예에서, 메탄 압축기(258)는 제9압축기이다. 다른 실시예에서, 메탄 압축기(236)는 제10압축기이다. 저-단계 메탄 압축기(268,270)로부터의 압력가스는 중간-단계 쿨러(280,282)를 통해 지나가, 압축의 제2단계에 앞서 도관(176) 내의 중간 압력가스와 결합된다. 중간-단계 메탄 압축기(256,258)로부터의 압력가스는 제3단계의 압력에 앞서 도관(150)을 통해 제공된 고압력 가스와 결합된다. 압력 가스(예를 들면, 압축된 개방 메탄 사이클 가스 스트림)는 고-단계 메탄 압축기(234,236)로부터 도관(152,154)을 통해 방출되어, 도관(156)에서 결합된다. 다음, 압축 메탄 가스가 쿨러(238)에서 냉각되고, 상술한 바와 같이 도관(158)을 경유하여 고-단계 프로판 냉각장치(408)로 전해진다. 상기 스트림은 간접 열교환 수단(239)에 의해 냉각장치(408)에서 냉각되어, 도관(160)을 경유하여 메인 메탄 절약기(290)로 흐른다. 본원에서 사용되고 상기 주시된 바와 같이, 압축기는 또한 중간 단계 냉각동작과 상관된 임의 장비와 압축의 각 단계에 기준한다.
도1에서 설명되는 바와 같이, 메인 메탄 절약기(290)에 유입되는 냉각장치(408)로부터의 압축된 개방 메탄 사이클 가스 스트림은 간접 열교환 수단(240)을 통해 흘러서 그 전체가 냉각동작을 받는다. 다음, 이러한 냉각 스트림의 일부분이 도관(162)을 통해 제거되어, 고-단계 에틸렌 냉각장치(618)의 상류의 피처리 천연가스 공급 스트림과 결합된다. 이러한 냉각 스트림의 나머지 부분은 메인 메탄 절약기(290)에 있는 간접 열전달 수단(242)에 의해 부가적인 냉각동작을 받고 그리고 도관(129)을 통해 그로부터 생성된다. 이러한 스트림은 에틸렌 콘덴서(628)의 상류 구역에서 도관(128)에 있는 스트림과 결합되고, 그리고 이러한 액화 스트림은 간접 열교환 수단(226)을 통한 흐름에 의해 에틸렌 콘덴서(628) 내의 다수 부분에서 액화작용을 받는다.
도1에 설명된 바와 같이, 양호하게 제1프로판 압축기(400)와 제1에틸렌 압축기(600)가 단일 제1가스 터어빈(700)에 의해 구동되고, 반면에 제2프로판 압축기(402)와 제2에틸렌 압축기(602)는 단일 제2가스 터어빈(702)에 의해 구동된다. 제1 및 제2가스 터어빈(700,702)은 적절히 상용적으로 이용할 수 있는 임의적인 가스 터어빈이다. 양호하게, 가스 터어빈(700,702)은 미국 죠지아 아트란타에 소재하는 GE파워 시스템에서 시판하는 프레임7 또는 프레임9 가스 터어빈이다. 도1로부터 프로판 압축기(400,402)와 에틸렌 압축기(600,602) 모두가 각각의 프로판과 에틸렌 냉동 사이클에 병렬로 유체가 흐르게 연결되어, 각각의 압축기는 각각의 냉동 사이클에 이용되는 냉매 흐름의 거의 절반용의 전체 압력증가를 제공한다. 상기와 같은 복합 프로판 및 에틸렌 압축기의 병렬구조는 LNG 플랜트의 유용성을 현저하게 향상하는 "1개 2열(two-trains-in-one)"설계를 제공한다. 따라서, 예를 들어, 만일 보수 또는 수리를 위해 제1가스 터어빈(700)의 차단이 필요하면, 전체 LNG 플랜트는 제2가스 터어빈(702), 제2프로판 압축기(402), 및 제2에틸렌 압축기(602)가 지속적인 사용으로 플랜트의 온라인을 유지할 수 있기 때문에 차단될 필요가 없다.
그러한 "1개 2열"의 원리는 메탄 압축기(234,236,256,258,268,270)에 파워를 부여하는데 2개의 구동기를 사용하는 것을 부가로 지시한다. 제1증기 터어빈(704)은 제1고-단계 메탄 압축기(234), 제1중간-단계 메탄 압축기(256), 및 제1저-단계 메탄 압축기(268)에 파워를 부여하는데 사용되고 반면에, 제2증기 터어빈(706)은 제2고-단계 메탄 압축기(236), 제2중간-단계 메탄 압축기(258), 및 제2저-단계 메탄 압축기(270)에 파워를 부여하는데 사용된다. 제1 및 제2증기 터어빈(704,706)은 적절한 상용성으로 이용할 수 있는 증기 터어빈이다. 도1에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1메탄 압축기(234,256,268)는 제2메탄 압축기(236,258,270)와 서로 직렬로 평행하게 개방 메탄 냉동 사이클에 유체가 흐르게 연결된다. 따라서, 제1메탄 압축기(234,256,268)는 상기 완전압력증가의 증가 부분을 제공하는 각각의 제1압축기(268,256,234)를 갖고, 개방 메탄 냉동 사이클에서 대략 절반의 메탄 냉매 흐름을 위한 완전 압력증가를 제공하도록 함께 동작한다. 유사하게, 제2메탄 압축기(236,258,270)는 상기 완전압력증가의 증가 부분을 제공하는 각각의 제2압축기(270,258,236)를 갖고, 개방 메탄 냉동 사이클에서 나머지 절반의 메탄 냉매 흐름을 위한 완전 압력증가를 제공하도록 함께 동작한다. 그러한 메탄 구동기와 압축기의 구조는 "1개 2열" 설계원리와 일치한다. 따라서, 예를 들면, 만일 수리 또는 교체를 위해 제1증기 터어빈(704)을 차단할 필요가 있으면, 제2증기 터어빈(706)과 제2메탄 압축기(236,258,270)가 플랜트 온라인을 유지하는데 지속적으로 사용될 수 있기 때문에 전체 LNG 플랜트를 차단할 필요가 없다.
개방 메탄 사이클의 구동기/압축기 구조가 제공한 "1개 2열" 이점에 더하여, 단일 구동기보다는 2개 증기 터어빈(704,706)의 사용이 직렬로 연결된 메탄 압축기(234,256,268: 236,258,270) 사이에 기어 박스를 제거할 수 있다. 상기 기어 박스는 판매, 설치, 및 유지하는데 비용이 소요되는 것이다. 단일 대형의 종래 터어빈보다 빠른 속도로 2개 증기 터어빈(704,706)을 가동하는 역량이, 기어 박스(일반적으로, 중간과 고-단계 압축기 사이에 위치)를 없앨 수 있는 것이다. 부가로, 2개의 소형 증기 터어빈 대 1개 대형 터어빈의 가격은 특히 상기 설계에 제공된 이득의 관점에서 볼 때 최소가 된다.
또한, 개방 메탄 냉동 사이클에서 가스 터어빈보다 나은 증기 터어빈(704,706)의 사용도, 소비 열의 회수를 통해 플랜트의 열효율의 향상이 이루어지게 한다. 도1은 가스 터어빈(700,702)을 빠져나가는 고온 배기 가스를 나타내며, 도관(800)을 경유하여 간접 열 교환기(802)로 전도된다. 열 교환기(802)에서, 가스 터어빈 배출로 나오는 열은 도관(804) 안을 흐르는 물/증기 스트림으로 전달된다. 다음, 도관(804) 내의 가열 증기는 증기 도관(806,810)을 통해서 제1 및 제2증기 터어빈(704,706)에 전도된다. 따라서, 가스 터어빈(700,702)의 배기로부터 회수되는 열은 증기 터어빈(704,706)에 파워를 주는데 협력(assist)하여서, LNG 플랜트의 열 효율을 향상시킨다.
가스 터어빈을 사용하는 LNG 플랜트가 압축기를 구동하는 작업의 시작은 가스 터어빈을 기동하는 것이다. 가스 터어빈을 기동하기 위해서, 터어빈이 먼저 전기모터 또는 증기 터어빈과 같은 외부 시동 구동기에 의해 회전되어야 한다. 그런데, 증기 터어빈은 외부 시동 구동기를 사용하지 않고 개시할 수 있다. 도1은 팩키지 보일러(812)와 같은 증기원이 도관(814,804,806,810)을 경유하여 증기 터어빈(704,706)으로 고압증기를 전도하여 증기 터어빈(704,706)을 기동하는데 사용되는 것을 설명하는 도면이다. 부가로, 협력기(helper)/시동기(starter) 증기 터어빈(708,710)은 가스 터어빈(700,702)에 기계적으로 결합된다. 상기 협력기/시동기 증기 터어빈(708,710)은 팩키지 보일러(812)(도관(816,818,820)을 경유)에 의해 파워를 얻어서 적절한 시동 RPM에 이를 때까지 가스 터어빈(700,702)을 회전하는데 사용된다. 부가로, 협력기/시동기 터어빈(708,710)도 프로판 압축기(400,402)와 에틸렌 압축기(600,602)를 구동하는데 추가 파워를 제공하도록 LNG 플랜트의 정상작동을 하는 중에 이용할 수 있다.
상술된 본 발명의 양호한 형태는 설명을 목적으로 기술한 것이지, 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 따라서, 상술된 예를 든 실시예를 본 발명의 정신을 이탈하지 않는 범위내에서 당분야의 기술인이 변경 및 개조할 수 있는 것이며, 본 발명은 첨부 청구범위에 의해 한정되는 것이다.

Claims (82)

  1. 천연가스를 액화하는 방법에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (a)제1가스 터어빈을 사용하여 제1압축기를 구동하여서, 제1냉동 사이클의 제1냉매를 압축하는 단계와;
    (b)제2가스 터어빈을 사용하여 제2압축기를 구동하여서, 제1냉동 사이클의 제1냉매를 압축하는 단계와;
    (c)제1증기 터어빈을 사용하여 제3압축기를 구동하여서, 제2냉동 사이클의 제2냉매를 압축하는 단계 및;
    (d)제2증기 터어빈을 사용하여 제4압축기를 구동하여서, 제2냉동 사이클의 제2냉매를 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (e)제1가스 터어빈을 사용하여 제5압축기를 구동하여서, 제3냉동 사이클의 제3냉매를 압축하는 단계와;
    (f)제2가스 터어빈을 사용하여 제6압축기를 구동하여서, 제3냉동 사이클의 제3냉매를 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 및 제3냉매는 서로 다른 조성물을 갖는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제3냉매는 서로 다른 조성물을 갖는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1냉매는 다수 부분에서 프로판을 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2냉매는 다수 부분에서 에틸렌을 포함하고, 그리고 상기 제3냉매는 다수 부분에서 메탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1냉동 사이클은 폐쇄 냉동 사이클인 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2냉동 사이클은 개방 냉동 사이클인 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2압축기는 병렬로 제1냉동 사이클에 연결되고, 상기 제3 및 제4압축기는 병렬로 제2냉동 사이클에 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (g)적어도 1개의 제1 및 제2가스 터어빈으로부터 소비 열을 회수하는 단계와;
    (h)적어도 1개의 제1 및 제2증기 터어빈 파워에 협력하도록, 회수된 소비 열의 적어도 일부를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (i)제1 및 제2가스 터어빈 양쪽에서 나오는 소비 열을 회수하는 단계와;
    (j)제1 및 제2증기 터어빈 파워에 협력하도록, 회수된 소비 열의 적어도 일부를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (k)제3증기 터어빈을 사용하여 제1압축기의 구동을 협력하는 단계와;
    (l)제4증기 터어빈을 사용하여 제2압축기의 구동을 협력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  13. 천연가스를 액화하는 방법에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (a)제1가스 터어빈을 사용하여 제1압축기와 제2압축기를 구동하여서, 제1 및 제2압축기 각각에 제1 및 제2냉매를 압축하는 단계와;
    (b)제2가스 터어빈을 사용하여 제3압축기와 제4압축기를 구동하여서, 제3 및 제4압축기 각각에 제1 및 제2냉매를 압축하는 단계와;
    (c)제1 및 제2가스 터어빈 중의 적어도 1개로부터의 소비 열을 회수하는 단계와;
    (d)제1증기 터어빈 파워에 협력하도록 회수된 소비 열의 적어도 일부를 사용하는 단계 및;
    (e)제1증기 터어빈에 의해 구동되는 제5압축기에 제3냉매를 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1, 제2, 및 제3냉매는 각각 개별적으로 적어도 50몰%의 다른 제1, 제2, 및 제3냉매를 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1냉매는 프로판 또는 프로필렌이고, 상기 제2냉매는 에탄 또는 에틸렌이고, 그리고 상기 제3냉매는 메탄인 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  16. 제15항에 있어서, 제1, 제2, 및 제3냉매는 각각 개별적으로 적어도 75몰%의 다른 제1, 제2, 및 제3냉매를 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 제1 및 제3압축기는 병렬로 제1냉동 사이클에 연결되고, 상기 제2 및 제4압축기는 병렬로 제2냉동 사이클에 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (f)제2증기 터어빈 파워에 협력하도록 회수된 소비 열의 적어도 일부를 사용하는 단계와;
    (g)제2증기 터어빈에 의해 구동되는 제6압축기에 제3냉매를 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 및 제3압축기는 병렬로 제1냉동 사이클에 연결되고, 상기 제2 및 제4압축기는 병렬로 제2냉동 사이클에 연결되고, 상기 제5 및 제6압축기는 병렬로 제3냉동 사이클에 연결된 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (h)제1증기 터어빈에 의해 구동되는 제7 및 제8압축기에 제3냉매를 압축하는 단계와;
    (i)제2증기 터어빈에 의해 구동되는 제9 및 제10압축기에 제3냉매를 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제5, 제7, 및 제8압축기는 직렬로 제3냉동 사이클에 연결되고, 상기 제6, 제9 및 제10압축기는 직렬로 제3냉동 사이클에 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제5, 제7, 및 제8압축기는 제6, 제9, 및 제10압축기와 병렬로 제3냉동 사이클에 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제1냉매는 다수 부분에서 프로판을 함유하고, 상기 제2냉매는 다수 부분에서 에틸렌을 함유하고, 그리고 상기 제3냉매는 다수 부분에서 메탄을 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  24. 제13항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (j)제3냉매의 적어도 일부와 천연가스를 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  25. 제13항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (k)개방 메탄 냉동 사이클에 제3냉매로서 천연가스의 적어도 일부를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  26. 제13항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (l)제1 및 제2냉매로 제3냉매를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  27. 제13항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은 케스캐이드식 천연가스 액화공정방법인 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  28. 천연가스를 액화하는 방법에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (a)제1가스 터어빈에 의해 구동되는 제1압축기에 제1냉매를 압축하는 단계와;
    (b)제1가스 터어빈으로부터의 소비 열을 회수하는 단계와;
    (c)제1증기 터어빈 파워에 협력하도록 제1가스 터어빈으로부터 회수된 소비 열의 적어도 일부를 사용하는 단계와;
    (d)다수 부분에서 메탄을 함유한 제2냉매로서, 제1증기 터어빈에 의해 구동되는 제2압축기에 제2냉매를 압축하는 단계와;
    (e)제2가스 터어빈에 의해 구동되는 제3압축기에 제3냉매를 압축하는 단계와;
    (f)제2가스 터어빈으로부터 소비 열을 회수하는 단계 및;
    (g)제1증기 터어빈 파워에 협력하도록 제2가스 터어빈으로부터 회수된 소비 열의 적어도 일부를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 제1냉매는 프로판, 프로필렌, 에탄, 에틸렌, 및 그 조합물로 구성된 그룹에서 선택된 탄화수소를 다수 부분에서 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  30. 제28항에 있어서, 상기 제1냉매는 다수 부분에서 프로판 또는 프로필렌을 함유하고, 상기 제2냉매는 적어도 75몰% 메탄을 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  31. 제28항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (h)제1냉각장치 내의 제1냉매로 천연가스를 냉각하는 단계와;
    (i)상기 제1냉각장치 하류에서, 절약기에 제2냉매로 천연가스를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  32. 천연가스를 액화하는 방법에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (a)제1가스 터어빈에 의해 구동되는 제1압축기에 제1냉매를 압축하는 단계와;
    (b)제1가스 터어빈으로부터 소비 열을 회수하는 단계와;
    (c)제1증기 터어빈 파워에 협력하도록 제1가스 터어빈으로부터 회수된 소비 열의 적어도 일부를 사용하는 단계와;
    (d)다수 부분에서 메탄을 함유한 제2냉매로서, 제1증기 터어빈에 의해 구동되는 제2압축기에 제2냉매를 압축하는 단계와;
    (e)제1냉각장치에 제1냉매로 천연가스를 냉각하는 단계와;
    (f)제1냉각장치의 하류에서, 절약기에 제2냉매로 천연가스를 냉각하는 단계와;
    (g)제2가스 터어빈에 의해 구동되는 제3압축기에 제3냉매를 압축하는 단계와;
    (h)제2가스 터어빈으로부터 소비 열을 회수하는 단계 및;
    (i)제1증기 터어빈 파워에 협력하도록 제2가스 터어빈으로부터 회수된 소비 열의 적어도 일부를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (j)제1냉각장치의 하류와 절약기의 상류에서, 제2냉각장치에 제3냉매로 천연가스를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 제1냉매는 다수 부분에서 프로판 또는 프로필렌을 함유하고, 상기 제2냉매는 다수 부분에서 에탄 또는 에틸렌을 함유하고, 상기 제3냉매는 다수 부분에서 메탄을 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (k)제2냉각장치의 하류에서, 제2냉매로서 사용하기 위해 천연가스의 적어도 일부를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  36. 제33항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (l)제1가스 터어빈에 의해 구동되는 제4압축기에 제3냉매의 적어도 일부를 압축하는 단계와;
    (m)제2가스 터어빈에 의해 구동되는 제5압축기에 제1냉매의 적어도 일부를 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  37. 천연가스를 액화하는 방법에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (a)제1가스 터어빈에 의해 구동되는 제1압축기에 제1냉매를 압축하는 단계와;
    (b)제1가스 터어빈으로부터 소비 열을 회수하는 단계와;
    (c)제1증기 터어빈 파워에 협력하도록 제1가스 터어빈으로부터 회수된 소비 열의 적어도 일부를 사용하는 단계와;
    (d)다수 부분에서 메탄을 함유한 제2냉매로서, 제1증기 터어빈에 의해 구동되는 제2압축기에 제2냉매를 압축하는 단계와;
    (e)제2증기 터어빈 파워에 협력하도록 제1가스 터어빈으로부터 회수된 소비 열의 적어도 일부를 사용하는 단계와;
    (f)제2증기 터어빈에 의해 구동되는 제6압축기에 제2냉매의 적어도 일부를 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (g)제1증기 터어빈에 의해 구동되는 제7압축기 및 제8압축기에 제2냉매의 적어도 일부를 압축하는 단계와;
    (h)제2증기 터어빈에 의해 구동되는 제9압축기와 제10압축기에 제2냉매의 적어도 일부를 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  39. 제38항에 있어서, 상기 제1냉매는 다수 부분에서 프로판을 함유하고, 상기 제2냉매는 다수 부분에서 에틸렌을 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  40. 천연가스를 액화하는 방법에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (a)제1가스 터어빈에 의해 구동되는 제1압축기에 제1냉매를 압축하는 단계와;
    (b)제1터어빈에 의해 구동되는 제2압축기에 제2냉매를 압축하는 단계와;
    (c)제1냉각장치에 제1냉매를 사용하여 천연가스를 냉각하는 단계와;
    (d)제2냉각장치에 제2냉매를 사용하여 천연가스를 냉각하는 단계 및;
    (e)절약기에 제3냉매로서 천연가스의 일부를 사용하여 천연가스를 냉각하는 단계를 포함하며;
    (a')상기 제1냉매는 프로판, 프로필렌, 및 그 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 탄화수소를 다수 부분에서 함유하고;
    (b')상기 제2냉매는 에탄, 에틸렌, 및 그 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 탄화수소를 다수 부분에서 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  41. 천연가스를 액화하는 방법에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (a)제1가스 터어빈에 의해 구동되는 제1압축기에 제1냉매를 압축하는 단계와;
    (b)제1터어빈에 의해 구동되는 제2압축기에 제2냉매를 압축하는 단계와;
    (c)제1냉각장치에 제1냉매를 사용하여 천연가스를 냉각하는 단계와;
    (d)제2냉각장치에 제2냉매를 사용하여 천연가스를 냉각하는 단계와;
    (e)제2터어빈에 의해 구동되는 제3압축기에 제1냉매의 적어도 일부를 압축하는 단계와;
    (f)제2터어빈에 의해 구동되는 제4압축기에 제2냉매의 적어도 일부를 압축하는 단계를 포함하며;
    (a')상기 제1냉매는 프로판, 프로필렌, 및 그 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 탄화수소를 다수 부분에서 함유하고;
    (b')상기 제2냉매는 에탄, 에틸렌, 및 그 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 탄화수소를 다수 부분에서 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  42. 제41항에 있어서, 상기 제1 및 제2터어빈은 가스-파워 터어빈인 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  43. 제42항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (g)절약기에 제3냉매로서 천연가스의 일부를 사용하여 천연가스를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  44. 제43항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (h)제3터어빈에 의해 구동되는 제5압축기에 제3냉매의 적어도 일부를 압축하는 단계를 포함하며, 상기 제3터어빈은 증기 터어빈인 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  45. 제44항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (i)제1 및 제2터어빈의 적어도 하나로부터의 소비 열을 회수하는 단계와;
    (j)제3터어빈 파워에 협력하도록 회수된 소비 열의 적어도 일부를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  46. 제45항에 있어서, 상기 제2냉각장치는 제1냉각장치의 하류에 위치하고, 상기 절약기는 제2냉각장치의 하류에 위치되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  47. 제46항에 있어서, 상기 제1냉매는 다수 부분에서 프로판을 함유하고, 상기 제2냉매는 다수 부분에서 에틸렌을 함유하고, 그리고 상기 제3냉매는 다수 부분에서 메탄을 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  48. 제47항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (k)제4터어빈에 의해 구동되는 제6압축기에 제3냉매의 적어도 일부를 압축하는 단계를 포함하며, 상기 제4터어빈은 증기 터어빈인 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  49. 천연가스를 액화하는 방법에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (a)제1냉매로서 천연가스의 일부를 사용하여 천연가스를 냉각하는 단계와;
    (b)제1증기 터어빈에 의해 구동되는 제1그룹의 압축기로 제1냉매의 적어도 일부를 압축하는 단계 및;
    (c)제2증기 터어빈에 의해 구동되는 제2그룹의 압축기로 제1냉매의 적어도 일부를 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  50. 제49항에 있어서, 상기 제1 및 제2그룹의 압축기는 병렬로 제1냉동 사이클에 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  51. 제50항에 있어서, 상기 제1그룹의 압축기는 직렬로 제1냉동 사이클에 연결된 적어도 2개의 개별 압축기를 포함하고, 상기 제2그룹의 압축기는 직렬로 제1냉동 사이클에 연결된 적어도 2개의 개별 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  52. 제51항에 있어서, 상기 (b)단계는 동일한 속도로 제1그룹의 압축기의 개별 압축기를 회전시키는 단계를 구비하고, 그리고 상기 (c)단계는 동일한 속도로 제2그룹의 압축기의 개별 압축기를 회전하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  53. 제49항에 있어서, 상기 제1그룹의 압축기의 인접한 개별 압축기는 기어박스를 사용하지 않고 결합되고, 그리고 상기 제2그룹의 압축기의 인접한 개별 압축기는 기어 박스를 사용하지 않고 결합되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  54. 제53항에 있어서, 상기 제1그룹의 압축기는 직렬로 제1냉동 사이클에 연결된 적어도 3개의 개별 압축기를 포함하고, 그리고 상기 제2그룹의 압축기는 직렬로 제1냉동 사이클에 연결된 적어도 3개의 개별 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  55. 제49항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (d)제1가스 터어빈에 의해 구동되는 제2냉매 압축기로 제2냉매를 압축하는 단계와;
    (e)제2냉매로 천연가스를 냉각하는 단계와;
    (f)제1가스 터어빈으로부터 소비 열을 회수하는 단계 및;
    (g)제1 및 제2증기 터어빈의 적어도 하나에 파워에 협력하도록 회수된 소비 열을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  56. 제55항에 있어서, 상기 제1냉매는 다수 부분에서 메탄을 함유하고, 상기 제2냉매는 다수 부분에서 프로판, 프로필렌, 에탄, 에틸렌, 및 그 조합물로 구성된 그룹에서 선택된 탄화수소를 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  57. LNG 플랜트 시동 방법에 있어서, 상기 방법은:
    (a)증기 발생기에 고압증기를 발생하는 단계와;
    (b)제1부분의 고압증기를 사용하여 제1가스 터어빈에 결합된 제1시동 증기 터어빈에 파워를 부여하는 단계와;
    (c)제2부분의 고압증기를 사용하여 제2가스 터어빈에 결합된 제2시동 증기 터어빈에 파워를 부여하는 단계와;
    (d)제3부분의 고압증기를 사용하여 제1그룹의 압축기에 결합된 제1메인 증기 터어빈에 파워를 부여하는 단계 및;
    (e)제4부분의 고압증기를 사용하여 제1그룹의 압축기에 결합된 제2메인 증기 터어빈에 파워를 부여하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG플랜트 시동 방법.
  58. 다단계에서 천연가스를 냉각하기 위해 복합 냉동 사이클에 복합 냉매를 이용하여 천연가스를 액화하는 장치에 있어서, 상기 장치는:
    제1냉동 사이클의 제1냉매를 압축하는 제1압축기와;
    제2냉동 사이클의 제2냉매를 압축하는 제2압축기와;
    제1 및 제2압축기를 구동하는 제1가스 터어빈과;
    제1냉동 사이클의 제1냉매를 압축하는 제3압축기와;
    제2냉동 사이클의 제2냉매를 압축하는 제4압축기와;
    제3 및 제4압축기를 구동하는 제2가스 터어빈과;
    제3냉동 사이클의 제3냉매를 압축하는 제5압축기와;
    제5압축기를 구동하는 제1증기 터어빈 및;
    제1 및 제2가스 터어빈의 적어도 하나로부터의 소비 열을 회수하고 회수된 소비 열을 이용하여, 제1증기 터어빈 파워에 협력하는 열 회수 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  59. 제58항에 있어서, 상기 제1가스 터어빈은 배기 유출구를 구비하고, 상기 제1증기 터어빈은 증기 유입구를 구비하고, 상기 열 회수 시스템은 제1가스 터어빈의 배기 유출구에 유체가 흐르게 결합된 제1측부와 제1증기 터어빈의 증기 유입구에 유체가 흐르게 결합된 제2측부를 가진 간접 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  60. 제58항에 있어서, 상기 제1 및 제3압축기는 병렬로 제1냉동 사이클에 유체가 흐르게 연결되고, 그리고 상기 제2 및 제4압축기는 병렬로 제2냉동 사이클에 유체가 흐르게 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  61. 제60항에 있어서, 제3냉동 사이클의 제3냉매를 압축하는 제6압축기와, 제6압축기에 파워를 부여하는 제2증기 터어빈을 구비하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  62. 제61항에 있어서, 상기 제5 및 제6압축기는 병렬로 제3냉동 사이클에 유체가 흐르게 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  63. 제62항에 있어서, 제3냉매를 압축하는 제7압축기는 제1증기 터어빈에 의해 구동되고, 그리고 제3냉매를 압축하는 제8압축기는 제2증기 터어빈에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  64. 제63항에 있어서, 제3냉매를 압축하는 제9압축기는 제1증기 터어빈에 의해 구동되고, 그리고 제3냉매를 압축하는 제10압축기는 제2증기 터어빈에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  65. 제64항에 있어서, 상기 제5, 제7, 및 제9압축기는 직렬로 제3냉동 사이클에 유체가 흐르게 연결되고, 그리고 상기 제6, 제8, 및 제10압축기는 직렬로 제3냉동 사이클에 유체가 흐르게 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  66. 제65항에 있어서, 상기 제5, 제7, 및 제9압축기는 제6, 제8, 및 제10압축기와 병렬로 제3냉동 사이클에 유체가 흐르게 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  67. 천연가스의 냉각에 협력하도록 제1냉동 사이클에 제1냉매를 이용하여 천연가스를 액화하는 장치에 있어서, 상기 장치는:
    제1증기 터어빈과;
    제1증기 터어빈에 의해 구동되고 제1냉매의 적어도 일부를 압축하게 작동하는 제1그룹의 압축기와;
    제2증기 터어빈 및;
    제1냉매의 적어도 일부를 압축하게 작동하고 제2증기 터어빈에 의해 구동되는 제2그룹의 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  68. 제67항에 있어서, 상기 제1그룹의 압축기는 직렬로 제1냉동 사이클에 연결된 적어도 2개의 개별 압축기를 포함하고, 그리고 상기 제2그룹의 압축기는 직렬로 제1냉동 사이클에 연결된 적어도 2개의 개별 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  69. 제68항에 있어서, 제1그룹의 압축기의 상기 개별 압축기는, 제1증기 터어빈에 의해 구동될 때와 동일한 속도로 회전하도록 제1그룹의 압축기의 개별 압축기의 전부를 소요하는 방식으로 상호 결합되고, 그리고 상기 제2그룹의 압축기의 개별 압축기는 제2증기 터어빈에 의해 구동될 때와 동일한 속도로 회전하도록 제2그룹의 압축기의 개별 압축기의 전부를 소요하는 방식으로 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  70. 제67항에 있어서, 상기 제1 및 제2그룹의 압축기는 병렬로 제1냉동 사이클에 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  71. 제70항에 있어서, 상기 제1냉매는 다수 부분에서 메탄을 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  72. 제68항에 있어서, 제1그룹의 압축기의 개별 압축기는 기어박스를 사용하지 않고 결합되고, 그리고 제2그룹의 압축기의 개별 압축기는 기어박스를 사용하지 않고 결합되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  73. 제72항에 있어서, 상기 제1그룹의 압축기는 직렬로 제1냉동 사이클에 연결된 적어도 3개의 개별 압축기를 포함하고, 그리고 상기 제2그룹의 압축기는 직렬로 제1냉동 사이클에 연결된 적어도 3개의 개별 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  74. 제73항에 있어서, 상기 제1냉매는 적어도 75몰% 메탄을 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  75. 제1항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (m)상기 (a) 내지 (d)단계를 거쳐 생성된 액화천연가스를 기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  76. 제13항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (m)상기 (a) 내지 (e)단계를 거쳐 생성된 액화천연가스를 기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  77. 제28항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (r)상기 (a) 내지 (d)단계를 거쳐 생성된 액화천연가스를 기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  78. 제40항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (l)상기 (a) 내지 (d)단계를 거쳐 생성된 액화천연가스를 기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  79. 제49항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (h)상기 (a) 내지 (c)단계를 거쳐 생성된 액화천연가스를 기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  80. 제32항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (j)상기 (a) 내지 (i)단계를 거쳐 생성된 액화천연가스를 기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  81. 제37항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (g)상기 (a) 내지 (f)단계를 거쳐 생성된 액화천연가스를 기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  82. 제41항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (g)상기 (a) 내지 (f)단계를 거쳐 생성된 액화천연가스를 기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
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