KR101383081B1 - 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

공급물 스트림으로부터 천연가스와 같은 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법으로서, 이 방법은 적어도 (a) 공급물 스트림 (10) 을 제공하는 단계, (b) 단계 (a) 의 공급물 스트림 (10) 을 분할하여, 적어도 초기 공급물 스트림 (10) 의 적어도 90 질량% 을 포함하는 제 1 공급물 스트림 (20) 과 제 2 공급물 스트림 (30) 을 제공하는 단계, (c) 단계 (b) 의 제 1 공급물 스트림 (20) 을 20 ~100 bar 의 압력에서 액화시켜서 제 1 액화 천연 가스 (LNG) 스트림 (40) 을 제공하는 단계, (d) 단계 (b) 의 제 2 공급물 스트림 (30) 을 냉각시켜 냉각된 공급물 스트림 (50) 을 제공하는 단계, (e) 단계 (c) 의 제 1 LNG 스트림 (40) 을 단계 (d) 의 냉각된 공급물 스트림 (50) 과 결합시켜서 결합 LNG 스트림 (60) 을 제공하는 단계, (f) 단계 (e) 의 결합 LNG 스트림 (60) 을 감압시키는 단계, (g) 단계 (f) 의 결합 LNG 스트림 (60) 을 플래시 용기 (12) 에 통과시켜서 LNG 생성물 스트림 (70) 과 기상 스트림 (80) 을 제공하는 단계를 포함한다.
Figure R1020087027377
공급물 스트림, 탄화수소 스트림, LNG 생성물 스트림, 기상 스트림

Description

탄화수소 스트림을 액화시키는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR LIQUEFYING A HYDROCARBON STREAM}
본 발명은 천연가스와 같은 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
천연가스 스트림을 액화시켜서 액화 천연 가스 (LNG) 를 얻는 몇가지 방법이 공지되어 있다. 천연가스 스트림을 액화시키는 것은 많은 이유로 바람직하다. 예를 들어, 액체는 더 적은 체적을 차지하며 고압에서 저장될 필요도 없으므로 기상 보다는 액상으로 천연가스가 더 쉽게 저장되고 장거리 수송될 수 있다.
일반적으로, 주로 메탄을 포함하는 천연가스는 증가된 압력에서 LNG 플랜트에 유입되고, 극저온에서 액화되는데 적합한 정화된 공급물 스톡 (stock) 을 생산하기 위해 선처리된다. 정화된 가스는 액화되기까지, 점진적으로 온도를 낮추는 열교환기를 사용하는 다수의 냉각 단계를 거치게 된다. 그리고 나서 액화 천연가스는 저장 및 운송에 적합한 최종 대기압으로 더 냉각된다(하나 이상의 팽창 단계를 거쳐 플래시된 증기를 감소시키기 위해). 각 팽창 단계에서 얻어진 상기 플래시된 증기는 플랜트 연료 가스의 공급원으로서 사용될 수 있다.
액화 천연가스 (LNG) 플랜트 또는 시스템을 만들고 운영하는데 드는 비용은 당연히 비싸고, 냉각을 위해서도 많은 비용이 들어간다. 따라서, 플랜트나 시스템의 에너지 요구를 감소시키는 것이 비용면에서 상당히 유리하다. 특히, 냉각 비용을 감소시키는 것이 유익하다.
US 4,541,852 는 베이스 로드 LNG 시스템에 관한것으로, 액화 천연 가스 스트림이 밸브를 통과하여 감압된 후에 액화 천연 가스 스트림에 재유입되는 공급물 천연 가스의 슬립 (slip) 스트림을 보여준다. 이는 상기 공급물 천연가스의 가용 일을 충분히 이용가능하지 않다는 문제점을 가진다.
상기 문제점을 최소화하며 액화 플랜트 또는 시스템의 효율성을 증진시키는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 다른 목적은 플래시 탱크의 증기를 사용하는 것을 간소화시켜서, 액화 플랜트 또는 시스템의 에너지 요구를 감소시키는 것이다.
공급물 스트림에서 천연가스와 같은 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법으로서, 적어도
(a) 공급물 스트림을 제공하는 단계,
(b) 단계 (a) 의 공급물 스트림을 분할하여, 적어도 초기 공급물 스트림 (10) 의 적어도 90 질량% 을 포함하는 제 1 공급물 스트림과 제 2 공급물 스트림을 제공하는 단계,
(c) 단계 (b) 의 제 1 공급물 스트림을 20 ~100 bar 의 압력에서 액화시켜서 제 1 액화 천연 가스 (LNG) 스트림을 제공하는 단계,
(d) 단계 (b) 의 제 2 공급물 스트림을 열교환기를 통과시켜 냉각시켜 냉각된 공급물 스트림을 제공하는 단계,
(e) 단계 (c) 의 제 1 LNG 스트림을 단계 (d) 의 냉각된 공급물 스트림과 결합시켜서 결합 LNG 스트림을 제공하는 단계,
(f) 단계 (e) 의 결합 LNG 스트림을 감압시키는 단계,
(g) 단계 (f) 의 결합 LNG 스트림을 플래시 용기에 통과시켜서 LNG 생성물 스트림과 기상 스트림을 제공하는 단계를 포함하는 본 발명에 의해, 하나 이상의 상기 또는 다른 목적이 달성될 수 있다.
본 발명의 이점은 결합 LNG 스트림의 감압에 의해 이용가능한 작업 에너지를 증가시키는 것이다.
본 발명의 다른 이점은 제 1 LNG 스트림과 냉각된 공급물 스트림을 그들의 압력을 줄이고 플래시 용기안으로 도입하기 전에 결합시킴으로써 플래시 용기의 에너지 요구를 감소시키는 것이다.
탄화수소 스트림은 처리되기에 적합한 임의의 가스 스트림일 수 있으나, 일반적으로 천연 가스나 석유 저장소에서 얻어진 천연 가스 스트림이다. 대안적으로 천연 가스 스트림은 다른 공급원에서 얻을 수도 있으며 또한 Fischer-Tropsch 공정과 같이 합성 공급원을 포함할 수도 있다.
삭제
일반적으로 천연 가스 스트림은 실질적으로 메탄으로 구성된다. 바람직하게는 공급물 스트림은 적어도 60 mol% 메탄, 더 바람직하게는 적어도 80 mol% 메탄을 포함한다.
공급원에 따라, 천연가스는 몇가지 방향족 탄화수소 뿐 만아니라 에탄, 프로판, 부탄 및 펜탄과 같이 메탄보다 더 무거운 다양한 양의 탄화수소를 포함할 수 있다. 천연 가스 스트림은 H2O, N2, CO2, H2S 및 다른 황 화합물 등과 같은 비탄화수소를 포함할 수도 있다.
원하면, 공급물 스트림은 본 발명에 사용되기 전에 선처리될 수도 있다. 이 선처리는 CO2 와 H2S 와 같은 희망하지 않는 성분을 제거하는 것을 포함하거나 선 냉각, 선 가압등과 같은 다른 단계를 포함할 수도 있다. 이러한 단계들은 당업자에게 공지되어 있므로, 여기서 더 설명하지 않는다.
공급물 스트림의 분할은 예를 들어 스트림 분할기 (splitter) 와 같이 적합한 분할기 (divider) 가 제공될 수 있다. 바람직하게는 분할에 의해 동일한 조성 및 동일한 상을 가지는 두개의 스트림이 생성된다.
플래시 용기는 LNG 생성물 스트림과 기상 스트림을 얻는데 적합한 용기일 수 있다. 그러한 용기는 업계에 공지되어 있다.
당업자는 감압 단계는 임의의 팽창 장치 (예를 들면 일반적인 팽창기 또는 플래시 밸브) 또는 이의 임의의 조합을 사용하여 다양한 방식으로 수행될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 바람직하게는 감압은 2상 팽창기 (들) 에 의해 수행된다.
본 발명에 따르는 방법은 다양한 탄화수소 공급물 스트림에 적용가능할 수 있지만, 이 방법은 특히 액화될 천연가스 스트림에 적합한 것이다. 당업자는 탄화수소 스트림을 어떻게 액화시키는 지는 쉽게 이해하므로 여기서 더 설명하지는 않는다.
제 1 공급물 스트림의 액화는 바람직하게 40 ~ 80 bar 에서 수행된다. 또한 바람직하게는 제 1 공급물 스트림의 분리시와 제 2 공급물 스트림과의 재결합시 간에 제 1 공급물 스트림의 실제적인 또는 상당한 압력 변화 (어떠한 사소한 또는 통상적인 작업 변화, 예컨대 10 bar 이하를 제외하고) 는 없다.
LNG 생성물 스트림은 바람직하게는 1 ~ 10 bar 와 같이 저압이며, 더 바람직하게는 1 ~ 5 bar, 더 바람직하게는 주변 압력하이다. 당업자는 액화후에, 원하면 액화 천연 가스가 더 처리될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 예를 들어, 얻어진 LNG 는 Joule-Thomson 밸브 또는 극저온 터보 팽창기에 의해 감압될 수 있다. 또한, 제 1 기상/액상 분리기에서의 기상/액상 분리와 액화 사이에 다른 중간 처리 단계가 수행될 수 있다.
본 발명에서는 단계 (g) 의 기상 스트림이 액화 플랜트 또는 시스템의 어떠한 부분, 스트림, 유닛, 단계, 또는 공정을 위한 부분적인, 실질적인 또는 전체적인 냉각을 제공하기 위해 직접 사용될 수 있다. 이는 하나의 냉각 스트림 또는 다중 냉각 스트림으로서 병렬 또는 직렬로 수행될 수 있다. 이는 제 1 공급물 스트림 또는 실제로 임의의 공급물 스트림의 액화의 적어도 일부를 포함할 수도 있다. 또한 냉매를 냉각시키는 것도 포함한다. 이 냉각은 단계 (g) 의 기상 스트림을 하나 이상의 열교환기에 통과시킴으로써 수행될 수 있다.
따라서, 유익하게도 플래시 용기로부터의 기상 스트림은 어떠한 중간 냉매 처리 또는 스트림을 필요로 하지 않고 공급물 스트림의 직접 냉각을 제공한다.
본 발명의 다른 이점은 기상 스트림으로부터 더 많은 저온 회수가 가능하여, 저온 회수의 효율성이 증가되며 그리하여 전체적인 액화 플랜트의 에너지 요구가 더 감소된다는 것이다.
지금까지는 역류 열교환기에서 보통 저혼합 냉매 (LMR (Light Mixed Refrigerant)) 인 냉매 스트림의 일부를 냉각 시킴으로써, 팽창 또는 최종 플래시 단계에서 플래시된 증기의 저온 에너지를 하나 이상의 열교환기에서 회수시켜왔다. 이러한 방식으로, 최종 플래시 가스는 약 －160 ℃ 에서 단지 약 ― 40 ℃ 의 온도로 되므로, 최종 플래시 가스의 충분한 저온이 회수될 수 없다. 그리고 나서 플랜트 또는 시스템에서 다른 스트림을 냉각하기 위해 하나 이상의 다른 열교환기에 냉각된 LMR 스트림을 사용한다.
본 발명의 일 실시형태에서의 방법은
(h) 제 2 공급물 스트림과 기상 스트림을 열교환기에 통과시켜서 단계 (d) 의 제 2 공급물 스트림의 냉각을 적어도 부분적으로 제공하는 단계를 더 포함한다.
상기 실시형태의 이점은 제 2 공급물 스트림이 별도의 냉각 시스템 또는 장치를 필요로 하지 않아서 플랜트 설비와 에너지 요구를 감소시킨다는 점이다.
바람직하게는 본 발명의 방법은
(i) 유입 기상 스트림을 열교환기에 통과시켜 제공되는 배출 기상 스트림을 연료 가스 스트림으로서 사용하는 단계를 더 포함한다.
상기 실시형태의 이점은 기상 스트림이 공급물 스트림으로 재순환 되지 않고 전체 플랜트에서 여전히 이용가능한 생성물이라는 점이다.
일반적으로, 제 2 스트림은 제 1 LNG 스트림과 냉각된 공급물 스트림을 결합시킬 때 결합 LNG 스트림을 제공할 수 있는 충분한 온도로 냉각된다.
일반적으로, 제 2 스트림은 적어도 -100 ℃ 의 온도까지 바람직하게는 제 1 LNG 스트림의 온도와 동일 또는 유사한 온도까지 단계 (d) 의 열교환에 의해 냉각된다.
공급물 스트림의 적어도 90 질량% 을 포함하는 하나의 스트림이 있는 한, 단계 (b) 에서 형성된 두 개 이상의 스트림 간의 임의의 비 (들) 로 천연가스를 포함하는 공급물 스트림이 분할될 수 있다. 일반적으로 두 개의 공급물 스트림이 생성되고, 그리고 이 중 더 작은 스트림이 "우회 스트림" 으로 간주될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서 제 1 공급물 스트림은 초기 공급물 스트림의 적어도 95 질량%, 바람직하게는 적어도 97 질량% 을 포함한다. 대안적으로 제 2 공급물 스트림은 천연가스를 포함하는 공급물 스트림의 1 ~ 5 질량%, 바람직하게는 공급물 스트림의 2 ~ 3 질량% 이다.
LNG 생성 공정의 최종 플래시로부터 나오는 기상 스트림 (이 스트림은 또한 리젝트 (reject) 가스 스트림으로도 함) 은 일반적으로 -150 ℃ ~ -170℃, 일반적으로 약 -160 ℃ ~ -162 ℃ 의 온도를 가진다. 열교환기를 통과한 후의 기상 스트림의 온도는 바람직하게 제 2 공급물 스트림과의 열교환 후에 바람직하게는 0 ℃ 이상이 될 것이다.
바람직하게는 기상 스트림은 임의의 열교환에 의해 30 ℃~ 50 ℃, 더 바람직하게는 35 ℃~ 45 ℃ 의 온도로 가열된다. 기상 스트림이 연료 가스로서 사용되는 경우 그의 온도는 중요하지 않아서 +40℃ 온도가 허용 가능하다.
LMR 스트림과 같은 현재의 냉매 스트림과 열교환 할 때 가능한 최대 저온 회수인 현재의 -40 ℃ 온도보다는 높게 기상 스트림의 온도를 높일 수 있게 됨으로써, 다른 두 가지 이점이 있다. 첫째로, 열교환기, 특히 저온 회수 교환 면적이 최종 플래시 용기에서 나온 리젝트 가스를 위한 현재 일반적인 설계의 열교환기보다 더 작을 수 있는데, 가능하게는 20 % 또는 30 % 더 작을 수 있다. 따라서 일반적인 열교환기의 열교환 면적은 2500 ㎡ 보다 작고, 바람직하게는 2000 ㎡ 보다 더 작을 수 있다.
둘째로, 열교환기를 통해서 기상 스트림의 결과적인 온도를 현재 최대 -40℃ (사용되는 냉매에 기초하여) 에서 일반적으로 +20 ℃ 이상, 바람직하게는 +30℃, 더 바람직하게는 +40℃ 또는 그 이상의 온도까지 증가시킬 수 있으므로, 이 에너지는 예를 들어 플랜트의 하나 이상의 다른 공급물 스트림 또는 LNG 스트림을 위해 사용되는 냉매 압축기 동력과 같이, 플랜트 또는 시스템의 다른 곳에서의 냉각 또는 냉동을 위해 필요한 에너지를 감소시키는데 사용될 수 있다. 대략 5 Mtpa 의 용량을 갖는 LNG 플랜트의 경우 최종 플래시 용기에서 나온 기상 스트림을 위한 일반적인 열교환기의 저온 회수 열교환기 듀티가 두배로 될 수 있으며, 이 결과 주 냉매 압축기 동력이 1 % 이상 감소된다. 이 주 압축기 동력의 1 % 감소는 산업 액화 플랜트, 예를 들면 1 Mtpa 출력 이상의 산업 액화 플랜트에 있어서는 상당한 것이다.
단계 (c) 의 액화는 하나 이상의 냉각 및/또는 액화 단계를 포함할 수 있다. 이는 선 냉각 단계와 주 냉각 단계를 포함할 수 있다. 선 냉각 단계는 냉매 회로에서 냉매에 대해 공급물 스트림을 냉각시키는 것을 포함한다.
일반적으로, 주 냉각 단계는 별도의 냉매 회로를 포함하며 일반적으로 하나 이상의 별도의 냉매 압축기를 포함한다. 잘 분산된 열 전달을 얻기 위하여 일반적인 주 냉매의 비제한적인 예로는 다른 끓는 점들을 가지는 화합물의 혼합물이 있다. 일 혼합물은 질소, 에탄 및 프로판이다.
다른 태양으로, 본 발명은 공급물 스트림에서 천연가스와 같은 액화 탄화수소 스트림을 생성하는 장치를 제공하며, 이 장치는 적어도,
공급물 스트림을 적어도 초기 공급물 스트림의 적어도 90 질량% 을 포함하는 적어도 제 1 공급물 스트림과 제 2 공급물 스트림으로 분할하는 스트림 분할기와,
제 1 액화 천연 가스 (LNG) 스트림을 제공하기 위해서 20 ~ 100 bar 의 압력에서 제 1 공급물 스트림을 액화하는 적어도 하나의 열교환기를 포함하는 액화 시스템과,
냉각된 공급물 스트림을 제공하기 위해서 제 2 공급물 스트림을 적어도 부분적으로 냉각시키는 열교환기와,
제 1 LNG 스트림과 냉각된 공급물 스트림을 결합시키는 결합기와,
결합 LNG 스트림을 감압시키는 팽창기와,
LNG 생성물 스트림과 기상 스트림을 제공하는 플래시 용기를 포함한다.
바람직하게는 플래시 용기에서 나온 기상 스트림은 도관을 통해 열교환기에 보내진다. 이 열교환기를 통과한 후, 기상 스트림은 연료 가스 스트림으로 사용될 수 있다.
일반적으로 상기 결합기는 선택적으로 하나 이상의 밸브를 포함하는 접합관 또는 이음부나 배관 또는 도관을 포함하는 적절한 장치가 될 수 있다.
본 발명의 실시형태가 실시예를 통해 그리고 첨부된 비 제한적인 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 LNG 플랜트의 일부의 일반적인 공정도를 도시한다.
도 1 은 액체 천연 가스 (LNG) 플랜트부의 일반적인 구성을 나타낸다. 이 도면은 천연가스를 포함하는 초기 공급물 스트림 (10) 을 나타낸다. 천연가스는 메탄 이외에, 일부 더 무거운 탄화 수소와 예컨대, 이산화탄소, 질소, 헬륨, 물, 티올, 수은 및 비 탄화수소산 가스와 같은 불순물을 포함한다. 상기 공급물 스트림은 LNG 품질 기준에 부합되도록 그리고 하류 설비에 대한 오염/손상을 예방하며 하류 설비 공급물 스트림 (10) 의 결빙을 예방하기 위해 일반적으로 공지된 방법에 의해 선처리된다. 바람직하게는 적어도 이산화탄소, 물, 티올, 수은 및 비 탄화수소산 가스가 공급물 스트림 (10) 에서 제거되어 극저온에서 액화시키는데 적합한 정화된 공급물 스톡이 제공된다.
공급물 스트림 (10) 은 스트림 분할기 (16) 에 의해 분할되어, 전체적으로 또는 실질적으로 동일한 조성 즉, 동일한 성분과 동일한 상 (들) 을 갖는 적어도 두 개의 다른 공급물 스트림 (20,30) 으로 된다. 상기 공급물 스트림 (10) 은 희망 또는 필요한 경우 셋 이상의 공급물 스트림으로 분할될 수 있다.
도 1 에는 공급물 스트림 (10) 의 90 질량% 이상, 일반적으로 공급물 스트림 (10) 의 적어도 95 질량%, 바람직하게는 97 질량% 이상이 제 1 공급물 스트림 (20) 으로 된다. 상기 제 1 공급물 스트림 (20) 은 20 ~ 100 bar 의 압력에서 그리고 바람직하게는 50 ~ 60 bar 예를 들면 55 bar 에서 액화 시스템에 의해 액화된다. 액화 시스템이 해당 기술 분야에 공지되어 있으며 이 시스템은 하나 이상의 냉각 및/또는 냉동 공정을 포함할 수 있으며 이 공정들은 일반적으로 적어도 하나의 열교환기 (18) 를 포함한다. 그러한 수단들은 해당 기술 분야에 공지되어 있으므로 더 이상은 설명하지 않는다. 상기 액화 시스템은 상기 제 1 공급물 스트림 (20) 과 바람직하게는 동일하거나 유사한 압력을 가지는 제 1 LNG 스트림 (40) 을 제공한다.
한편, 상기 스트림 분할기 (16) 에 의해 생성된 제 2 공급물 스트림 (30) 은 다른 열교환기 (14) 를 통과한다. 열교환기들은 해당 기술 분야에 공지되어 있으며, 이 열교환기들은 일반적으로 적어도 두 개의 스트림이 통과하는 통로를 포함하며, 한 스트림로부터의 저온 에너지는 제 1 스트림에 동류방향으로 또는 역류방향으로 흐르는 적어도 하나의 다른 스트림을 냉각 및/또는 냉동시킬 수 있도록 회수된다. 도 1 에서, 상기 열교환기 (14) 는 냉각된 공급물 스트림 (50) 을 얻기 위해 상기 제 2 공급물 스트림 (30) 을 냉각시킨다. 일반적으로, 냉각된 공 급물 스트림 (50) 이 LNG 이다.
열교환기 (14) 는 제 2 공급물 스트림 (30) 을 냉각시키는 하나 이상의 열교환기를 포함한다. 제 2 공급물 스트림 (30) 의 냉각은 도 1 에 도시된 LNG 플랜트의 공정에 관련되어 있고/있거나 관련되어 있지 않은 하나 이상의 다른 열교환기 또는 냉각기 또는 냉매 (도 1 에는 미도시) 의 도움을 받게 된다.
냉각된 공급물 스트림 (50) 은 결합기 예를 들면 이음부 또는 드라이버에서 제 1 LNG 스트림 (40) 과 결합되어 결합 LNG 스트림 (60) 이 얻어진다. 그리고 나서 이 결합 스트림 (60) 은 바람직하게는 2 상 팽창기인 팽창기 (22) 를 통과하여 감압된다.
팽창기는 해당 기술 분야에 공지되어 있으며, 이 팽창기에서 액상 스트림 및 기상 또는 증기 스트림을 생성하기 위해, 팽창기를 통과하는 유체 스트림을 감압시키도록 되어 있다. 상기 팽창기 (22) 에서 나온 스트림 (60a) 은 플래시 밸브 (미도시) 를 통과할 수 있으며 그 후 최종 플래시 용기 (12) 로 향하며, 이 플래시 용기에서 상기 액상 스트림이 일반적으로 LNG 생성물 스트림 (70) 과 기상 스트림 (80) 으로 회수된다. 1 ~ 10 bar 의 압력 예컨대 주변 압력을 가지는 LNG 생성물 스트림 (70) 은 하나 이상의 펌프에 의해 저장부 및/또는 수송 설비로 이동된다.
상기 최종 플래시 용기 (12) 에서 나와 결과적으로 생긴 기상 스트림 (80) 은 열교환기 (14) 를 통과할 수 있으며, 제 2 공급물 스트림 (30) 이 일반적으로 역류방향으로 이 열교환기를 통해 흐른다. 열교환기 (14) 에서 나온 출력물인 기상 스트림 (90) 은 그리고 나서 연료 가스로서 사용될 수 있으며/있거나 LNG 플랜트의 다른 부분에 사용될 수 있다.
표 1 은 도 1 의 실시예 공정의 다양한 부분에서 스트림 온도와 압력을 포함하는 다양한 데이터의 개관을 보여준다.
Figure 112008077271411-pct00001
하나 이상의 다른 열교환에 의해, 예를 들면 하나 이상의 다른 열교환기들을 사용하여 열교환기 (14) 에서 나온 출력 스트림 (90) 에서 저온 에너지를 더 회수할 수 있다.
도 1 의 구성은 많은 이점이 있다. 일 이점은 필요한 열교환기의 갯수를 줄인다는 점이다. 지금까지는 별도의 열교환기들이 리젝트 가스와 제 2 공급물 스트림을 위해 사용되고 있는데, 이 열교환기는 추가적인 에너지 요구 뿐만 아니라 추가적인 설비와 플랜트 기계를 포함할 것이다. 도 1 에는 제 2 공급물 스트림 (30) 과 기상 스트림 (80) 의 직접적인 상호 작용을 위해 단 하나의 열교환기 (14) 가 있다.
다른 이점은, 지금까지 표준 액체 냉매에 대해 리젝트 가스 스트림으로부터 최대로 단지 -40 ℃ 또는 단지 -50 ℃ 까지만의 저온 에너지를 회수함에 반해, 기상 스트림 (80) 의 저온 에너지는 +0℃ 이상, 가능하게는 +20 ℃, 30 ℃, 심지어 40 ℃ 또는 그 이상까지의 온도로 회수될 수 있다는 것이다. 더 넓은 범위의 온도 접근을 사용하여 일반적으로 저온 회수 열교환기 (14), 예를 들면 열교환기 면적을 줄일 수 있다. 열교환기 (14) 에서 나와 결과적으로 생긴 연료 가스 (90) 는 +0 ℃, +20 ℃, +30 ℃ 또는 40 ℃ 또는 그 이상에서 플랜트를 위한 에너지 공급원으로서 사용 가능하다.
그러므로 기상 스트림 (80) 의 전체 온도 범위에서 이 기상 스트림으로부터 저온 회수를 달성할 수 있으며 그리고 하나 이상의 중간 냉매 스트림 (각 교환시 에너지 회수에 대한 손실이 발생함) 을 통하지 않고 기상 스트림에서 공급물 스트림으로 직접 저온을 전달할 수 있으므로 전체 LNG 플랜트의 효율성 (즉 전체적인 에너지 통용 요건) 이 유리하게 된다.
상기 효율성은 예를 들어 제 2 공급물 가스 라인을 최종 플래시 용기 (12) 에 직접 공급하는 것과 도 1 에 도시된 공정의 팽창기 (22) 에 의해 생성된 작업 에너지의 증가를 비교해보면 증명될 수 있다. 도 1 공정의 일반적인 구성에서 팽창기 (22) 는 공정 어느곳에서나 사용할 수 있도록 170 KW 의 작업에너지를 생성하며 반면에 제 2 공급물 가스 스트림을 최종 플래시 용기에 직접 공급함으로써 팽창기 (22) 에 의해 생성된 작업 에너지는 단지 166 KW 이다. 그러므로 도 1 공정이 더 효율적이다.
일 대안으로, 스트림 (80) 은 그로부터 저온 에너지를 회수하기 위해 하나 이상의 대안적인 열교환기에 보내지며, 상기 열교환기 (들) 은 바람직하게는 도 1 에 도시되어 있는 액화 열교환기 (18) 과 같이 LNG 액화 시스템의 일부분일 수 있다.
당업자는 본 발명이 이하의 청구항의 범위를 벗어나지 않으면서 무수하고 다양한 방법으로 실시될 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (18)

  1. 공급물 스트림으로부터 천연가스와 같은 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법으로서, 적어도
    (a) 공급물 스트림 (10) 을 제공하는 단계,
    (b) 단계 (a) 의 공급물 스트림 (10) 을 분할하여, 적어도 초기 공급물 스트림 (10) 의 적어도 90 질량% 을 포함하는 제 1 공급물 스트림 (20) 과 제 2 공급물 스트림 (30) 을 제공하는 단계,
    (c) 단계 (b) 의 제 1 공급물 스트림 (20) 을 20 ~100 bar 의 압력에서 액화시켜서 제 1 액화 천연 가스 (LNG) 스트림 (40) 을 제공하는 단계,
    (d) 단계 (b) 의 제 2 공급물 스트림 (30) 을 냉각시켜 냉각된 공급물 스트림 (50) 을 제공하는 단계,
    (e) 단계 (c) 의 제 1 LNG 스트림 (40) 을 단계 (d) 의 냉각된 공급물 스트림 (50) 과 결합시켜서 결합 LNG 스트림 (60) 을 제공하는 단계,
    (f) 결합 LNG 스트림 (60) 을 팽창기 (22) 에 통과시킴으로써 단계 (e) 의 결합 LNG 스트림 (60) 을 감압시키고, 상기 팽창기 (22) 는 상기 방법의 어느곳에서나 사용할 수 있도록 작업에너지를 생성하며 단계,
    (g) 단계 (f) 의 결합 LNG 스트림 (60) 을 플래시 용기 (12) 에 통과시켜서 LNG 생성물 스트림 (70) 과, 상기 방법으로 공급물 스트림 (10) 으로 재순환되지 않고 사용되는 기상 스트림 (80) 을 제공하는 단계를 포함하는 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기상 스트림 (80) 을 하나 이상의 열교환기에 통과시키는 단계를 더 포함하는 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, (i) 하나 이상의 열교환기에서 나온 기상 스트림 (80) 을 연료 가스 스트림 (90) 로서 사용하는 단계를 더 포함하는 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    (h) 제 2 공급물 스트림 (30) 과 기상 스트림 (80) 을 열교환기 (14) 에 통과시켜서 단계 (d) 에서의 제 2 공급물 스트림 (30) 의 냉각을 적어도 부분적으로 제공하는 단계를 더 포함하는 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    (i) 열교환기에서 나온 기상 스트림 (80) 을 연료 가스 스트림 (90) 로서 사용하는 단계를 더 포함하는 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 공급물 스트림 (20) 은 초기 공급물 스트림 (10) 의 적어도 95 질량% 를 포함하는 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 공급물 스트림 (20) 은 초기 공급물 스트림 (10) 의 적어도 97 질량% 를 포함하는 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 공급물 스트림 (30) 은 적어도 -100 ℃ 의 온도까지 단계 (d) 에서 냉각되는 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 온도는 제 1 LNG 스트림 (40) 의 온도와 동일한 온도인 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법.
  10. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 열교환기를 통과한 후의 기상 스트림 (80) 의 온도는 0 ℃ 이상인 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법.
  11. 제 4 항 또는 5 항에 있어서, 단계 (d) 의 열교환기 (14) 를 통과한 후의 기상 스트림 (80) 의 온도가 30 ℃ ~ 50 ℃ 인 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법.
  12. 제 4 항 또는 5 항에 있어서, 단계 (d) 의 열교환기 (14) 를 통과한 후의 기상 스트림 (80) 의 온도가 35 ℃ ~ 45 ℃ 인 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 공급물 스트림 (30) 은 천연가스를 포함하는 공급물 스트림 (10) 의 1 ~ 5 질량% 인 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 공급물 스트림 (30) 은 천연가스를 포함하는 공급물 스트림 (10) 의 2 ~ 3 질량% 인 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 LNG 생성물 스트림 (70) 의 압력은 1 ~10 bar 인 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (b) 의 분할시와 단계 (e) 의 결합시 간에 제 1 공급물 스트림의 10 bar 를 초과하는 압력 변화는 없는 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법.
  17. 공급물 스트림 (10) 에서 LNG 와 같은 액화 탄화수소 가스를 생성하는 장치로서, 적어도,
    공급물 스트림 (10) 을 적어도 초기 공급물 스트림 (10) 의 적어도 90 질량% 를 포함하는 제 1 공급물 스트림 (20) 과 제 2 공급물 스트림 (30) 으로 분할하는 스트림 분할기 (16) 와,
    제 1 액화 천연 가스 (LNG) 스트림 (40) 을 제공하기 위해서 20 ~ 100 bar 의 압력에서 제 1 공급물 스트림 (20) 을 액화하는 적어도 하나의 열교환기 (18) 를 포함하는 액화 시스템과,
    냉각된 공급물 스트림 (50) 을 제공하기 위해서 제 2 공급물 스트림 (30) 을 적어도 부분적으로 냉각시키는 열교환기 (14) 와,
    제 1 LNG 스트림 (40) 과 냉각된 공급물 스트림 (50) 을 결합시키는 결합기와,
    결합 LNG 스트림 (60) 을 감압시키고 장치 어느 곳에서도 사용할 수 있는 작업 에너지를 생성하는 팽창기 (22) 와,
    LNG 생성물 스트림 (70) 과, 상기 장치에서 공급물 스트림 (10) 으로 재순환되지 않고 사용되는 기상 스트림 (80) 을 제공하는 플래시 용기 (12) 를 포함하는 액화 탄화수소 가스를 생성하는 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 장치는 기상 스트림 (80) 을 열교환기 (14) 에 통과시키는 도관을 더 포함하는 액화 탄화수소 가스를 생성하는 장치.
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