KR101965020B1 - 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법 및 장치 - Google Patents

극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법 및 장치 Download PDF

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쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이.
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Abstract

질소와 메탄-함유 액상을 포함하는 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소가 제거된다. 1-2 bara 사이의 낮은 압력에서 극저온 탄화수소 조성물로부터 부산물 증기가 2-15bara 사이 범위의 분리압력으로 압축된다. 그와같이 압축 증기는, 보조냉매 스트림에 대해 압축 증기를 열교환하고 이로써 압축 증기의 열을 쿨링 듀티에서 보조냉매 스트림으로 전달하여 부분적으로 액화된다. 부분적으로 액화된 압축 증기의 응축 분획은 감압되고 적어도 그 일부분이 극저온 탄화수소 조성물에 재주입된다. 부분적으로 액화된 압축 증기의 비응축된 증기분획으로 이루어지는 오프가스는 제 1 가스/액체 분리기로부터 배출된다. 쿨링 듀티는 배출되는 증기 분획의 발열량을 조절하도록 조정된다.

Description

극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REMOVING NITROGEN FROM A CRYOGENIC HYDROCARBON COMPOSITION}
본 발명은 질소와 메탄-함유 액상을 포함하는 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하기 위한 방법과 장치에 관한 것이다.
액화 천연 가스(LNG)는 그러한 극저온 탄화수소 조성물의 경제적으로 중요한 예를 형성한다. 천연 가스는 유용한 연료 공급원으로서 뿐만 아니라, 여러 탄화수소 화합물의 공급원이다. 여러 가지 이유로 천연 가스원이나 그 근처에 있는 액화 천연 가스 플랜트에서 천연 가스를 액화하는 것이 종종 바람직하다. 예를 들어, 천연 가스는 기체 상태에서보다 액체로서 장거리 운송과 저장이 더 용이한데, 그 이유는 액체가 보다 작은 체적을 차지하고 높은 압력으로 저장될 필요가 없기 때문이다.
WO 2006/120127은 LNG 분리 공정 및 설비에 대해 기술하고 있다. 액체 형태의 액화 천연가스는 분리 유닛으로 보내져서, 질소가 정화된 LNG 스트림과 질소가 농후한 증기가 생산된다. 분리 유닛은 두 개의 칼럼(columns)을 사용한다. 질소-농후 증기는 상기 칼럼들 중 하나의 칼럼의 오버헤드 응축기에서 냉매 유체에 의해 재응축되며, 그 질소함량은 80 mol%보다 크다. 이에 따라 LNG의 생산이 증가되며, 그 이유는, 그렇지 않으면 질소-농후 증기로 상실될 메탄 분자를 LNG로서 회수할 수 있기 때문이다. 저장소에서의 증발도 처리될 수 있고 재응축될 수 있다. 천연 가스에 함유된 질소는 상업적 순도로 이용될 수 있다.
상기 LNG 분리 공정의 단점은 질소-농후 스트림이 연료 스트림으로서 적합하지 않다는 것이다.
본 발명은, 질소와 메탄-함유 액상을 포함하는 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법을 제공하며, 본 방법은,
- 질소와 메탄-함유 액상을 포함하는 극저온 탄화수소 조성물을, 1 내지 2 bara (bar absolute) 의 초기 압력에서 제공하는 단계;
- 상기 극저온 탄화수소 조성물로부터 부산물 증기를 수집하는 단계;
- 상기 부산물 증기를 2 내지 15 bara 의 처리 압력으로 압축하여 압축 증기를 얻는 단계;
- 상기 압축 증기로부터 응축 분획과 증기 분획을 포함하는 부분적으로 응축된 중간 스트림을 형성하는 단계로서, 상기 압축 증기를 보조 냉매 스트림에 대해 열교환시켜서 쿨링 듀티(cooling duty)에서 압축 증기로부터의 열을 보조 냉매 스트림으로 전달함으로써 압축 증기를 부분적으로 응축시키는 것을 포함하는, 상기 부분적으로 응축된 중간 스트림을 형성하는 단계;
- 제 1 가스/액체 분리기에서 상기 증기 분획으로부터 상기 응축 분획을, 2 내지 15 bara 의 분리 압력에서 분리하는 단계;
- 상기 제 1 가스/액체 분리기로부터 발열량(heating value)을 갖는 증기 분획을 오프가스로서 배출하는 단계;
- 상기 제 1 가스/액체 분리기의 상기 응축 분획을 배출하는 단계;
- 상기 초기 압력 이상의 압력까지 상기 응축 분획을 감압시켜서, 감압된 재순환 부분을 형성하는 단계;
- 상기 극저온 탄화수소 조성물에 상기 감압된 재순환 부분을 주입하는 단계; 및
- 상기 제 1 가스/액체 분리기로부터 배출되는 증기 분획의 발열량을 조절하도록 쿨링 듀티를 조정하는 단계를 포함한다.
다른 면에서, 본 발명은, 질소와 메탄-함유 액상을 포함하는 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 장치를 제공하며, 본 장치는,
- 초기 압력에서 질소와 메탄-함유 액상을 포함하는 극저온 탄화수소 조성물용 홀더;
- 상기 홀더에 유체(fluidly) 연결되고 상기 홀더로부터 부산물 증기를 수집하도록 배치된 부산물 증기 라인;
- 상기 부산물 증기 라인에 배치된 부산물 압축기로서, 상기 부산물 압축기의 압축기 배출구에서 압축 증기를 제공하기 위하여 적어도 초기 압력을 초과하는 처리압력으로 상기 부산물 증기를 압축하도록 배치된 상기 부산물 압축기;
- 압축기 배출구와 유체 연통하는 적어도 하나의 응축 열교환기로서, 상기 응축 열교환기는, 상기 압축 증기를 수용하도록 그리고 그 압축 증기로부터, 응축 분획과 증기 분획을 포함하는 부분적으로 응축된 중간 스트림을 형성하도록 배치되고, 상기 압축 증기를 보조 냉매 스트림과 열교환 접촉시키도록 배치되어서, 작동하는 동안에 쿨링 듀티에서 열이 상기 압축 증기로부터 보조 냉매 스트림으로 전달되는, 상기 응축 열교환기;
- 상기 부분적으로 응축된 중간 스트림을 수용하도록 그리고 분리 압력에서 상기 응축 분획을 상기 증기 분획으로부터 분리하도록 배치된 제 1 가스/액체 분리기;
- 상기 제 1 가스/액체 분리기에 유체 연결된 증기 분획 배출라인으로서, 상기 증기 분획을 상기 제 1 가스/액체 분리기로부터 멀어지게 전달하도록 배치된, 상기 증기 분획 배출라인;
- 상기 응축 분획을 상기 제 1 가스/액체 분리기로부터 멀어지게 전달하도록 배치되고, 상류측 단부에서 상기 제 1 가스/액체 분리기에 유체 연결되고 하류측 단부에서는 상기 극저온 탄화수소 조성물과 합류되게 주입지점과 유체 연통되는 응축 분획 배출라인;
- 상기 응축 분획 배출라인에 배치되고, 상기 응축 분획을 초기 압력 이상의 압력으로 감압시키도록 배치되어서, 감압된 재순환 부분을 형성하는 감압 시스템; 및
- 상기 제 1 가스/액체 분리기로부터 배출되는 상기 증기 분획의 발열량을 조절하기 위하여 상기 쿨링 듀티를 조정하도록 배치된 쿨링 듀티 제어기를 포함한다.
본 발명은 첨부 도면을 참고하여 실시예를 들어 이하에서 보다 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방법과 장치를 나타내는 공정 흐름 구성을 개략적으로 보여준다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방법과 장치를 나타내는 공정 흐름 구성을 개략적으로 보여준다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방법과 장치를 포함한 공정 흐름 구성을 개략적으로 보여준다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방법과 장치를 포함한 공정 흐름 구성을 개략적으로 보여준다.
도면들에 있어서, 동일 도면부호들은 동일하거나 유사한 부분을 참조하도록 사용된다. 더욱이, 단일의 도면부호는 도관 또는 라인과 함께 그 라인에 의해 전달되는 스트림을 식별하는데 사용된다.
본 명세서의 상세한 설명은 질소와 메탄-함유 액상을 포함하는 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소의 제거에 관한 것이다. 극저온 탄화수소 조성물로부터의 부산물 증기는 1 내지 2 절대 bar (bar absolute: bara) 의 낮은 압력에서 2 ~ 15 bara 의 분리 압력으로 압축된다. 보조 냉매 스트림에 대하여 압축 증기를 열교환시키고 이로써 쿨링 듀티에서 압축 증기로부터 열을 보조냉매 스트림으로 전달함으로써 그와 같이 압축 증기는 부분적으로 액화된다. 부분적으로 액화된 압축 증기의 응축 분획은 감압되고, 그의 적어도 일부분은 극저온 탄화수소 조성물에 재주입된다. 부분적으로 액화된 압축 증기의, 응축되지 않은 증기 분획으로 이루어진 오프 가스는 제 1 가스/액체 분리기로부터 배출된다. 쿨링 듀티는 배출되는 증기 분획의 발열량을 제어하도록 조정된다.
열이 압축 증기로부터 보조 냉매 스트림에 전달되는 쿨링 듀티를 조정함으로써, 오프가스의 메탄의 상대적인 양은 조절될 수 있다. 그 결과, 배출된 증기 분획의 발열량은 화력 (heating power) 의 특정 수요에 맞게 조절될 수 있다. 이것은 발열량에 대한 수요가 가변적인 상황에서라도, 오프가스를 연료 가스 스트림으로서 사용하기에 적합하게 한다.
오프가스는 분리 압력 이하의 연료가스 압력에서 소비되는 것이 바람직하다. 이에 따라 전용 연료 가스 압축기의 필요성을 피할 수 있다.
본 명세서에서, 쿨링 듀티는 열이 응축 열교환기에서 교환되는 속도(rate)를 반영하며, 그것은 전력 단위(예를 들면 와트 또는 MWatt)로 표현될 수 있다. 쿨링 듀티는 압축 증기에 대해 열교환되는 보조 냉매의 유량에 관한 것이다.
조정되는 발열량은 오프가스를 연료가스로서 사용하려는 적당한 환경에 따라 선택될 수 있다. 발열량은 DIN 51857 표준에 따라 결정될 수 있다. 많은 이용에 대하여, 조정되는 발열량은, 특정된 양을 (초기 25℃에서) 연소시키고 연소 생성물의 온도를 150℃로 복귀시킴으로써 방출되는 열량으로 정의될 수 있으며, 낮은 발열량(LHV: 때로는 순칼로리값으로 지칭됨)에 비례할 수 있다. 이것은 반응 생성물에서의 물의 증발열이 회수되지 않음을 가정한 것이다.
그러나, 본 명세서에서 발열량을 조정할 목적으로, 배출되는 증기 분획의 실제 발열량을 절대 기준으로 결정되어야 할 필요는 없다. 일반적으로, 전달되는 화력의 부족과 과잉을 최소화할 목적으로 발열량의 실제 수요에 대해 발열량을 조정하는 것으로 충분하다.
쿨링 듀티는 조절되는 발열량에 통상적으로 관련된 신호에 응답하여 자동으로 조정되는 것이 바람직하다.
여기서 제안된 방법과 장치는, 원료 (raw) 액화물 또는 극저온 탄화수소 조성물이 0.5 mol%에서 1.8 mol%까지의 질소를 함유할 때 가장 유리한 것으로 예상된다. 현존하는 대안들은 이 범위 밖의 질소를 함유할 때 적절하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 보다 높은 질소 함량의 경우에, 질소 제거(stripper) 칼럼을 이용할 수 있다.
제안된 방법과 장치는, 원료 액화 생성물의 사전에 형성된 부분을 갖는 증기 메탄의 재농축을, 증기 또는 압축된 스트림에 그러한 증기 메탄을 추가함으로써, 배출되는 증기 분획에서 목표량의 메탄을 초과하는 정도까지 허용한다. 압축 증기의 일부를 형성할 때, 대부분의 질소가 오프가스로 배출되는 것을 허용하는 한편, 증기 메탄이 보조 냉매와 열교환하고, 이로써 증기 메탄이 압축 증기에서 선택적으로 응축될 수 있다. 여기에서, 질소 함량의 원하는 최대 사양 범위내에서 액체 탄화수소 생성물 스트림을 생성하는 한편, 동시에 필요 이상으로 오프 가스에서 가열 용량을 생산하지 않도록, 극저온 탄화수소 조성물로부터 충분한 질소를 제거하는 것이 가능하게 된다.
이전에 원료 액화 생성물의 일부를 형성하였던 증기 메탄은 여러 이유로 LNG 액화 플랜트에서 형성될 수 있다. 천연 가스 액화 설비의 정상 운전중에, 메탄-함유 부산물 증기가 아래 형태로 (원료) 액화 생성물로부터 형성된다:
- 감압 동안의 원료 액화 생성물의 플래싱(flashing) 결과의 플래싱 증기의 형태; 및
- 예를 들어, 저장 탱크, LNG 배관으로의 열누출 형태와 LNG 플랜트 펌프로부터의 열 입력 형태로, 액화 생성물로 추가되는 열에 의해 초래된 열 증발 결과의 증발 가스의 형태. 홀딩 모드의 운전으로 알려진 이러한 모드의 운전중에, 동시에 어떠한 운송 부하 운전 없이 플랜트에서 나오는 액화 탄화수소 생성물로 저장 탱크가 채워진다. 홀딩 모드에서는 메탄-함유 부산물 증기가 저장 탱크의 플랜트측에서 발생된다.
계속된 운송 부하 운전(통상적으로 선적 운전) 동안의 LNG 플랜트의 운전모드는 부하 모드 운전으로 알려져 있다. 부하 모드 운전 동안에, 예를 들어 선박 탱크의 초기 냉각과, 저장 탱크와 선박을 연결하는 용기와 배관을 통한 열 누출과, LNG 로딩 펌프로부터의 열 유입으로 인해 저장 탱크의 선박측에서 추가적으로 증발 가스가 생산된다.
제안된 해결책은 부하모드 운전과 홀딩 모드 운전 중의 부산물 증기의 처리를 용이하게 할 수 있다. 극저온 탄화수소 조성물로부터의 질소 제거를 잉여 증기 메탄의 재농축과 결합시킨다. 이것은 외부의 전력망으로부터의 전력을 사용한 전기로 구동되는 플랜트에서의 경우와 같이, 플랜트 연료 수요가 거의 없는 상황에서 우수한 해결책을 형성한다.
제안된 방법과 장치는, 원료 액화 생성물로부터 질소를 제거하기 위하여, 천연가스 액화 시스템과 같은 탄화수소 액화 시스템과 결합하여 이용하기에 특히 적합하다. 원료 액화 생성물 또는 극저온 탄화수소 조성물이 1.0 mol% (또는 약 1.0 mol%)로부터 1.8 mol% (또는 약 1.8 mol%)까지의 매우 큰 양의 질소를 함유하는 경우에도, 결과적인 액화 탄화수소 생성물은 0.5 ~ 1 mol% 의 질소의 상세 내의 질소 함량을 충족할 수 있다. 잔량의 질소는, 제어된 양의 메탄과 함께 오프가스의 증기 분획의 일부분으로서 배출된다.
그럼에도 불구하고, 제안된 해결책은 또한 1.0 mol% 미만의 질소를 함유하는 극저온 탄화수소 조성물에 또한 유리하며, 그것은 제안된 해결책이, 화력의 실제 수요와 비교하여 전달되는 화력의 부족이나 잉여를 최소화하기 위해 오프가스의 증기 분획의 일부로서 흘려지는 메탄의 양에 대한 제어를 유지하면서 증발가스를 수용하도록 될 수 있기 때문이다.
WO 2011/009832는, 증기가 압축되고 스트리핑 증기 스트림으로서 증기 형태로 제 1 가스/액체 분리기로 복귀되는, 다상의 탄화수소 스트림으로부터 질소를 분리할 수 있는 방법을 개시하고 있다. 상기 WO 2011/009832의 제 1 가스/액체 분리기는 기본적으로 칼럼(column)인데, 그 이유는 접촉 증진수단을 포함하는 접촉 영역을 사용하기 때문이다.
본 발명에서, 증기 스트림을 제 1 가스/액체 분리기에 공급되기 전에 부분적으로 응축된다. 증기 분획은 스트리핑 증기로서 이용되는 것이 아니라, 단지 응축 분획으로부터 분리될 뿐이다. 제 1 가스/액체 분리기로부터 배출되는 증기 분획의 온도가 제 1 가스/액체 분리기로부터 배출되는 응축 분획의 온도와 기본적으로 동일하다 (예를 들어, 2℃ 이하, 바람직하게는 1℃ 이하의 차이가 없다) 는 점이 특징이다. 상기 제 1 가스/액체 분리기는 그 내부의 증기와 액체가 열역학적 평형에 있는, 기본적으로 단일의 평형 단계를 제공한다. 본 발명에서 제안된 장치와 방법의 이점은, 제 1 가스/액체 분리기가 가스/액체 접촉 부분을 형성하는 임의의 내장품(internals)이 없는 드럼으로 구성될 수 있다는 것이다. 이것은 유입되는 액상으로부터 유입되는 증기상을 분리하도록 된 단순한 상(phase) 분리 용기일 수 있다.
이것은 예를 들어 두개의 칼럼을 채용하는 WO 2006/120127 또는 기본적으로 하나의 칼럼을 채용하는 WO 2011/009832에 개시된 라인업보다 운전이 덜 복잡하고 비용이 훨씬 더 적게 든다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 포함하는 장치를 보여준다. 극저온 공급 라인(8)에서 전달되는 극저온 조성물의 적어도 일부가 극저온 저장 탱크(210)로 운송되도록 극저온 공급라인(8)은 극저온 저장탱크(210)와 유체 연통된다. 도 1의 실시예에서, 액체 탄화수소 생성물 라인(90)은 극저온 공급라인(8)을 극저온 저장 탱크(210)와 연결시킨다.
극저온 공급라인(8)의 상류에 액화 시스템(100)이 제공될 수 있다. 액화 시스템(100)은 극저온 탄화수소 조성물의 공급원으로서 작용한다. 필수적인 것은 아니지만, 액화 시스템의 탄화수소 액화 공정의 일부를 형성하는 임의의 압축기, 특히 임의의 냉매 압축기는, 어떤 스팀 및/또는 기체 터빈에 의해 기계적으로 구동됨이 없이 하나 이상의 전기 모터에 의해 구동되는 것이 바람직하다. 그러한 압축기는 전적으로 하나 이상의 전기 모터에 의해 구동될 수도 있다.
도 1의 실시예에서, 극저온 저장 탱크(210)는 극저온 탄화수소 조성물용 홀더로서의 기능을 수행한다. 본 발명은 도 1에 예시된 것과 같은 극저온 저장 탱크 형태의 홀더에 한정되지 않고, 예를 들어 파이프, 상 분리기, 운송장치의 카고 탱크 또는 다양한 조합을 포함하는 극저온 탄화수소 조성물용의 어떠한 종류의 홀더와 함께 작동할 수 있다. 도 2는 홀더가 파이프, 상분리기, 및 극저온 저장 탱크의 조합을 포함하는 예를 보여주며, 이에 대해서는 아래에서 보다 상세히 설명된다.
부산물 증기 라인(60)은 극저온 저장 탱크(210)에 유체 연결된다. 부산물 증기 라인(60)은 홀더로부터 부산물 증기를 수집하도록 배치된다. 부산물 압축기(260)가 부산물 증기 라인(60)에 설치되어 부산물 증기 라인(60)의 부산물 증기를 압축한다. 압축 증기 배출 라인(70)은 부산물 압축기(260)의 압축기 배출구(261)와 유체 연결된다. 부산물 압축기(260)에는 (도면에 도시되지 않은) 서지 방지 제어수단과 재순환 쿨러가 제공되는 것이 적당하며, 상기 재순환 쿨러는 부산물 압축기가 재순환시 또는 시동중에 있을 때 사용된다.
적어도 하나의 응축 열교환기(35)를 포함하는 응축 열교환기 트레인(235)은 압축기 배출구(261)와 유체 연통된 압축 증기 배출 라인(70)에 제공된다. 응축 열교환기 트레인(235)은 응축 열교환기(35)에 추가하여 적어도 하나의 보충 응축 열교환기(35')를 포함할 수 있으며, 상기 보충 응축 열교환기(35')에서는 압축 증기 라인(70)이 보충 냉매라인(142)과 간접적인 열교환 관계로 구성된다. 상기 보충 냉매라인에는 어떤 선택된 보충 냉각 스트림이 공급될 수 있다. 그러한 보충 응축 열교환기(35')의 예는 아래에 기술될 것이다. 그러한 보충 응축 열교환기(35')를 작동시킴으로써, 응축 열교환기(35)의 보조 냉매 스트림(132)로부터 요구되는 듀티가 감소된다.
응축 열교환기 트레인(235)는 압축기 배출구(261)로부터 압축 증기를 수용하도록 배치된다. 상기 응축 열교환기(35) 내측에는, 압축 증기가 보조 냉매 스트림(132)과 간접 열교환 접촉으로 통과할 수 있어서, 작동중에 쿨링 듀티에서 열이 압축 증기로부터 보조 냉매 스트림(132)으로 전달된다. 보조 냉매 스트림 유동 제어밸브(135)가 보조 냉매 라인(132)에 제공된다.
쿨링 듀티 컨트롤러(34)는 쿨링 듀티를 제어하며, 상기 쿨링 듀티는 화력의 수요에 대한 오프 가스의 발열량 표시기에 응답하여, 열이 압축 증기로부터 보조 냉매 스트림으로 전달되는 속도이다. 도시된 실시예에서, 쿨링 듀티 컨트롤러(34)는 서로 기능적으로 연결된 압력 컨트롤러(PC)와 보조 냉매 스트림 유동 제어밸브(135)의 형태로 구체화된다.
제 1 가스/액체 분리기(33)는 압축 증기 배출라인(70)의 하류측 단부에 배치된다. 증기 분획 배출라인(80)은 상기 제 1 가스/액체 분리기(33)에 유체 연결되며, 상기 제 1 가스/액체 분리기(33)으로부터 배출되는 증기 분획을 제 1 가스/액체 분리기에서 멀어지게 전달하도록 배치되어 있다. 따라서 배출되는 증기 분획은 오프가스를 형성한다.
연소장치(220)가 증기 분획 배출라인(80)의 하류측 단부에 배치되어서 증기 분획 배출라인(80)의 증기 분획의 적어도 연료부분을 수용하게 된다. 상기 연소장치는 복수의 연소유닛들을 포함할 수 있고, 그리고/또는 예를 들어 하나 또는 그 이상의 노(furnace), 보일러, 소각로, 이중 연료 디젤기관, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 보일러와 이중 연료 디젤기관은 발전기에 연결될 수도 있다.
오프 가스 냉기 회수 열교환기(85)가 증기 분획 배출라인(80)에 제공되어, 증기 분획(80)을 임의의 연소 디바이스에 공급하기 전에 냉기 회수 스트림(86)에 대한 열교환에 의해 증기 분획(80)에 제공된 냉기를 보전하도록 한다.
적절하게는, 오프가스 냉기 회수 열교환기(85)는 보충 응축 열교환기(35')의 위치에서 응축 열교환기 트레인(235)의 일부를 형성할 수 있으며, 이로써 냉기 회수 스트림(86)은 압축 증기 배출라인(70)의 압축 증기를 포함하거나 이 압축 증기로 구성되어서, 증기 분획(80)은 보충 냉각 스트림(142)으로서 작용한다. 상기 오프 가스 냉기 회수 열교환기(85)는 압축 증기 배출라인(70)의 일부로 구성되는 것이 바람직하며, 이 배출라인을 통하여 압축 증기가 압축기 배출구(261)로부터 응축 열교환기(35)로 전달된다.
응축 분획 배출라인(40)은 그 상류측 단부에서 제 1 가스/액체 분리기(33)에 유체 연결되며 제 1 가스/액체 분리기(33)로부터 멀어지게 응축 분획을 전달하도록 배치된다. 또한, 응축 분획 배출라인(40)은 그 하류측 단부에서 극저온 공급라인(8)으로의 주입 지점(48)과 유체가 유동할 수 있게 연통된다. 상기 주입 지점(48)은 극저온 탄화수소 조성물과 합류되며, 극저온 공급라인(8)과 액상 탄화수소 생성물 라인(90) 사이에서 연결부를 형성한다.
감압 시스템(45)이 응축 분획 배출라인(40)에 배치된다. 상기 감압 시스템(45)은 제 1 가스/액체 분리기(33) 내부에서 일정하게 유지되는 응축 분획의 양을 일정하게 하도록 제 1 가스/액체 분리기(33)와 협력작동하는 레벨 제어기와 기능적으로 적절하게 연결될 수 있다.
도 2는 도 1과 일반적으로 유사한 실시예를 보여주며, 여기서 제 2 가스/액체 분리기가 극저온 공급라인(8)과 액체 탄화수소 생성물 라인(90) 사이에 제공된다. 상기 제 2 가스/액체 분리기는 통상적으로 엔드 플래시 분리기(end flash separator)(50)의 형태로 제공된다. 응축 분획 배출라인(40)이 제 2 가스/액체 분리기 내로 배출하는 경우에, 제 2 가스/액체 분리기는 주입 지점(48)을 극저온 공급라인(8)으로 대체할 수 있다. 대안적으로, 극저온 탄화수소 조성물 라인(8)의 (도 2에서 점선으로 도시된) 주입 지점(48)이 채용되며, 이로써 조합 스트림(10)이 극저온 탄화수소 조성물 라인(8)의 극저온 탄화수소 조성물과 감압된 응축 분획 사이에 먼저 형성된다. 따라서, 이러한 실시예들에서, 극저온 공급라인(8)쪽으로부터 시작하여 순서대로, 극저온 공급라인(8)은, 엔드 플래시 분리기(50)와 그 하부와 유체 연결된 액상 탄화수소 생성물 라인(90)을 통하여 극저온 저장 탱크(210)와 유체 연통된다.
엔드 플래시 분리기로부터 극저온 탱크(210)로 배출되는 임의의 액체 탄화수소 생성물을 전달하는 것을 돕기 위해, (도 2에 도시되지 않았지만, 도 3에 도시된) 선택적인 극저온 펌프가 액상 탄화수소 생성물 라인(90)에 제공될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 액화 시스템(100)이 메인 감압 시스템(5)을 통해 극저온 공급라인(8)과 유체 연통된다. 상기 메인 감압 시스템(5)은 액화된 원료 생성물 라인(1)을 통해 액화 시스템(100)과 연통된다. 상기 메인 감압 시스템(5)은 팽창 터빈과 같은 동적 유닛, Joule Thomson 밸브와 같은 정적 유닛, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 많은 배치가 가능하다.
도 2의 실시예에 도시된 바와같이, 부산물 증기 라인(60)은 플래시 증기 라인(64)을 통해 엔드 플래시 분리기(50)에 연결될 수 있다. (도 3에 도시되지 않았지만) 선택적으로 플래시 증기 라인(64)은 전술한 보충 응축 열교환기(35')들중 하나를 적당히 사용하여 압축 증기 라인(70)과 간접적인 열교환 배치로 구성된다.
통상적인 LNG 플랜트에서, 증발 가스의 발생은 특히 플랜트가 소위 선적 모드로 운전되는 동안에 플래시 증기 유량보다 몇 배나 초과할 수 있으며, 이로 인하여 화력에 대한 현장 수요에 충분하지 않은 경우와 함께 증발 가스에 함유된 메탄을 모두 사용하기 위해서라도, 플래시 증기를 재응축시키는 것 뿐만 아니라 증발가스를 재응축시키는 것 역시 중요한 이점이다. 그러므로, 부산물 증기 라인(60)은 예를 들어 선택적인 증발 가스 공급라인(230)을 통해 극저온 저장 탱크(210)의 유체와 혼합되게 되는 것이 바람직하다. 후자의 연결 이점은, 이로써 엔드 플래시 분리기(50)로부터 배출되는 플래시 증기를 재응축시키는 것에 추가하여, 응축 열교환기 트레인(235)에 의해 극저온 저장 탱크(210)로부터의 증발 가스의 적어도 일부분을 재응축시킬 수 있다는 것이다. 본 실시예에서, 극저온 탄화수소 조성물용 홀더는 엔드 플래시 분리기(50)와 극저온 저장 탱크(210)를 모두 포함한다. 액상 탄화수소 생성물 라인(90)이 비교적 긴 경우, 추가적인 증발가스 공급원으로서 작용할 수도 있고, 또한 극저온 탄화수소 조성물용 홀더의 일부를 형성할 수 있다.
도 2의 실시예에서 나머지 구성요소들은 도 1을 참고하여 앞에서 설명한 것과 같다.
본 명세서의 액화 시스템(100)은 매우 개략적으로 도시되어 있다. 그것은 어떤 적당한 탄화수소 액화 시스템 및/또는 프로세스, 특히 액화 천연가스 생산용 천연가스 액화 프로세스를 대표할 수 있으며, 본 발명은 특정 선택의 액화 시스템에 의해 제한되지 않는다. 적당한 액화 시스템의 예들은, 단일 냉동 사이클 프로세스 (1998 Gastech (두바이)에서 제출된, K R Johnsen과 P Christiansen의 "부유식 플랫폼에서의 LNG 생산" 논문에 설명된 PRICO와 같은, 흔히 단일의 혼합 냉동 - SMR- 프로세스를 이용하지만, 또한 Johnsen과 Christiansen에 의한 전술한 논문에 기술된 BHP-cLNG 프로세스의 경우와 같이 단일 성분 냉매가 가능하다); (예를 들어, 미국 특허 제4,404,008호에 기술된 바와같은, 많이 이용되고 흔히 C3MR로 축약되는 프로판-혼합-냉동 프로세스나, 예를 들어 미국 특허 제6,658,891호에 기술된 예의 이중 혼합 냉동 -DMR- 프로세스, 또는 각각 단일 성분 냉매를 포함하는 2 사이클 프로세스와 같은) 이중 냉동 사이클 프로세스; 및 미국 특허 제7, 114,351호에 기술된 예의 3 이상의 냉동 사이클용의 3 이상의 압축기 트레인을 기반으로 하는 프로세서를 이용한다.
적당한 액화장치의 다른 예는 미국 특허 제5,832,745호 (Shell SMR); 미국 특허 제6,295,833호; 미국 특허 제5,657,643호 (상기 두 특허 기술은 Black과 Veatch의 SMR 변형예들이다); 미국 특허 제6,370,910호 (Shell DMR)들에 기술되어 있다. DMR의 적당한 예는 일본, (2003) 도쿄에서의 월드 가스 컨퍼런스의 22판에 제출된 P-Y Matin 등의 "LIQUEFIN: AN INNOVATIVE PROCESS TO REDUCE LNG COSTS" 제목의 논문에 기술된 바와같은 소위 Axens LIQUEFIN 프로세스이다. 다른 적당한 3-사이클 프로세스는 예를 들어 미국 특허 제6,962,060호; WO 2008/020044; 미국 특허 제 7,127,914호; DE3521060A1; (최적화된 케스케이드 프로세스로 상업적으로 알려진) 미국 특허 제5,669,234호; (혼합 유체 케스케이드 프로세스로 상업적으로 알려진) 미국 특허 제6,253,574호; 미국 특허 제6,308,531호; 미국 출원 공개공보 제2008/0141711호; 및 Mark J. Roberts 등의 "Large capacity single train AP-X(TM) Hybrid LNG Process", Gastech 2002, Doha, Qatar (13-16 October 2002)를 포함한다. 이러한 제안들은 본 발명의 넓은 이용가능성을 보여주기 위해 제공되었으며, 여기에만 전용된다거나 가능한 제한적인 리스트를 보여주려는 의도가 아니다. 위 목록의 모든 예들은 냉매 압축기 구동수단으로서 전기 모터를 이용하지 않는다. 본 발명의 최선의 이점을 향유하도록 다른 어떠한 구동수단으로 전기 모터를 대체할 수 있음이 명백하다.
예를 들어, 도 3에 간단히 도시된 액화 시스템(100)은 예를 들어 C3MR 또는 Shell DMR을 기반으로 한다. 본 실시예에서는 하측과 상측 탄화수소 생성물 튜브 번들(각각 181과 182)과, 하측과 상측의 LMR 튜브 번들(각각 183과 184) 및 HMR 튜브 번들(185)을 포함하는 코일이 감겨진 열교환기 형태의 극저온 열교환기(180)를 채용하고 있다.
하측과 상측의 탄화수소 생성물 튜브 번들(181, 182)은 원료 액화 생성물 라인(1)을 탄화수소 공급 라인(110)과 유체 연결한다. 적어도 하나의 냉각된 탄화수소 예비-냉각 열교환기(115)가 극저온 열교환기(180)의 상류측에서 탄화수소 공급라인(110)에 제공된다.
혼합된 냉매 형태의 메인 냉매는 메인 냉각회로(101)에 제공된다. 상기 메인 냉각회로(101)는 사용된 냉매 라인(150) 및 압축된 냉매 라인(120)을 포함하며, 극저온 열교환기(180)(이 경우에 극저온 열교환기(180)의 (셸측186))를 메인 냉매 압축기(160)의 메인 흡입단부와 연결시키며, 압축된 냉매 라인(120)은 메인 냉매 압축기(160)의 배출구를 MR 분리기(128)와 연결시킨다. 하나 이상의 열교환기들은 압축된 냉매 라인(120)에 제공되며, 본 실시예에서 적어도 하나의 외기 열교환기(124)와 적어도 하나의 냉각된 메인 냉매 예비-냉각 열교환기(125)를 포함한다. MR 분리기(128)는 가벼운 냉매의 분획 라인(121)을 통하여 하측의 LMR 튜브 번들(183)과 유체 연결되고, 무거운 냉매의 분획 라인(122)을 통하여 HMR 튜브 번들과 유체 연결된다.
적어도 하나의 냉각된 탄화수소 예비-냉각 열교환기(115)와 적어도 하나의 냉각된 메인 냉매 예비-냉각 열교환기(125)는 (라인(127, 126) 각각을 통해) 예비-냉각 냉매에 의해 냉각된다. 동일한 예비-냉각 냉매는 동일한 예비-냉각 냉매 사이클로부터 공유될 수 있다. 더욱이, 적어도 하나의 냉각된 탄화수소 예비-냉각 열교환기(115)와 적어도 하나의 냉각된 메인 냉매 예비-냉각 열교환기(125)는 (도시되지 않은) 하나의 예비-냉각 열교환기 유닛에 결합될 수도 있다. 비한정적인 예로서 미국 특허 제6,370,910호를 참조한다.
상측 튜브 번들(182, 184)과 하측 튜브 번들(181, 183) 사이의 천이 지점에서, HMR 튜브 번들(185)은 HMR 라인(141)과 유체 연결된다. 상기 HMR 라인(141)은, HMR 컨트롤 밸브(144)가 구성된 제 1 HMR 복귀 라인(143)을 통하여 극저온 열교환기(180)의 셸측(186)과 유체 연통된다. 상기 셸측(186)을 통해, 그리고 하측 탄화수소 생성물 튜브 번들(181), 하측 LMR 튜브 번들(183) 및 HMR 튜브 번들(185) 각각과의 열교환 배치에서, 제 1 HMR 복귀 라인(143)은 사용된 냉매 라인(150)에 유체 연결된다.
상측의 튜브 번들(182, 184)들 위에는, 극저온 열교환기(180)의 상부 부근에서 LMR 튜브 번들(184)이 LMR 라인(131)과 유체 연결되어 있다. 제 1 LMR 복귀 라인(133)은, LMR 라인(131)과 극저온 열교환기(180)의 셸측(186) 사이에 유체 연통을 형성한다. LMR 제어밸브(134)는 제 1 LMR 복귀 라인(133)에 구성된다. 제 1 LMR 복귀 라인(133)은, 각각의 상측과 하측의 탄화수소 생성물 튜브 번들(182, 181), 각각의 LMR 튜브 번들(183, 184) 및 HMR 튜브 번들(185)들 각각과의 열교환 배치에서 그리고 셸측(186)을 통해, 사용된 냉매 라인(150)과 유체 연통된다.
제 1 가스/액체 분리기 주변의 라인업은 도 1 및/또는 도 2를 참고하여 위에서 설명한 많은 요소들을 공유하며, 상기 요소들은 다시 상세히 설명하지 않는다. 도 3은 하나의 가능한 보조 냉매원을 보여주며, 그것은 도 1과 2의 실시예에 적용될 수도 있다; LMR 라인(131)은 보조 냉매 라인(132)과 제 1 LMR 복귀 라인(133)으로 분할된다. 제 2 LMR 복귀 라인(138)은 그 상류측 단부에서 응축 열교환기(35)를 통해 보조 냉매 라인(132)과 유체 연결되고, 하류측 단부에서는 제 2 LMR 복귀 라인(138)이 적절하게는 제 1 HMR 복귀 라인(143)을 통해, 사용된 냉매 라인(150)과 궁극적으로 연결된다.
응축 열교환기 트레인(235)의 다른 예로서, (도 1에 도시된) 보충 응축 열교환기(35')는 도 3에 도시된 바와같은 슬립-스트림(slip-stream) 열교환기(37)의 형태로 제공된다. (도 1을 참고하여 위에서 설명된) 보충 냉매 라인(142)은 이 경우 액화 시스템(100)의 냉매 회로들중 하나(예를 들어, 메인 냉각 회로(101))에 연결되어서 액화 시스템(100)의 분할 스트림(split stream)을 수용한다. 도 3에 도시된 실시예에서, HMR 라인(141)은 보충 냉매 라인(142)과 제 1 HMR 복귀 라인(143)으로 분할된다. 제 2 HMR 복귀 라인은 (그 상류측 단부에서) 슬립 스트림 열교환기(37)를 통하여 보충 냉매 라인(142)과 유체 연결되고, 이 예에서 제 2 HMR 복귀 라인(148)은 하류측 단부에서, 사용된 냉매 라인(150)과 연결된다. 대안적으로, 상기 보충 냉매 라인(142)은 액화 시스템(100)으로부터의 예비-냉각 회로에서 분할 스트림을 공급받을 수도 있다.
도 3의 실시예에서, 오프가스 냉기 회수 열교환기(85)는 증발가스 공급라인(230)에 구성된다. 극저온 저장 탱크(210)로부터 부산물 압축기(260)로의 경로에서 증발 가스에 의해 회수될 수도 있는 열은, 증발가스가 증발가스 공급라인(230)으로부터 부산물 압축기(260)에 그리고/또는 부산물 증기 라인(60)에 공급되기 전에, 증기 분획(80)에 의해 전부 또는 일부 추출될 수 있다. 이것은 극저온 저장 탱크(210)가 부산물 압축기(260)로부터 상당한 거리(D), 예를 들어 1km 보다 더 큰 거리 (예를 들어 D = 약 4km) 에 위치되는 경우에 특히 유용하다. 컨베이어 압축기(270)는 극저온 저장 탱크(210)의 부위에서 (예를 들어, 극저온 저장 탱크(210)로부터 100m 거리 내에) 증발가스 공급 라인(230)에 또한 구성될 수 있다. 증발 가스 공급 라인(230)으로의 열 누출에 더하여, 그러한 컨베이어 압축기(270)에 의해 엔탈피가 증발가스에 추가될 수 있다.
대안적인 실시형태에서, 냉기 회수 스트림(86)은 액화 시스템(100)의 탄화수소 공급 라인(110)의 탄화수소 공급 스트림에서 공급되는 사이드 스트림을 포함하거나 그 사이드 스트림으로 구성된다. 냉각된 사이드 스트림은 극저온 공급 라인(8)의 극저온 탄화수소 조성물과 조합될 수 있다. 그러한 실시형태에서, 오프가스 냉기 회수 열교환기(85)의 냉기 회수 열교환은 탄화수소 조성물의 생성 속도를 보충한다.
대안적으로, 오프가스 냉기 회수 열교환기(85)는 압축 증기 배출라인(70)의 일부분에 구성될 수 있으며, 그 압축 증기 배출라인을 통하여 압축 증기가 압축기 배출구(261)로부터 응축 열교환기(35)로 전달된다.
질소와 메탄-함유 액상을 포함하는 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법은 다음과 같이 조작될 수도 있다.
질소와 메탄-함유 액상을 극저온 탄화수소 조성물(8)은 1-2 bara의 초기 압력과 바람직하게는 -130℃ 보다 낮은 온도에서 제공된다. 상기 극저온 탄화수소 조성물(8)은 천연가스 또는 석유 저장조 또는 석탄 베드(beds)로부터 얻어질 수 있다. 대안적인 예로서, 극저온 탄화수소 조성물(8)은 또한 예를 들어 피셔-트롭스 프로세스(Fisher-Tropsch process)와 같은 합성원을 포함하는 다른 출처로부터 얻어질 수 있다. 바람직하게는 극저온 탄화수소 조성물(8)은 적어도 50 mol%의 메탄, 보다 바람직하게는 적어도 80 mol% 메탄을 포함한다.
전형적인 실시형태에서, 액화 시스템(100)을 통하여 탄화수소 공급 스트림(110)을 통과시킴으로써 -130℃ 보다 낮은 온도가 얻어질 수 있다. 그러한 액화 시스템(100)에서, 탄화수소 함유 공급 증기를 포함하는 탄화수소 공급 스트림(110)은 예를 들어, 극저온 열교환기(180)에서 메인 냉매 흐름에 대하여 열교환될 수 있으므로, 공급 스트림의 공급 증기를 액화하여 원료 액화 생성물 라인(1)속에 원료 액화 스트림을 공급한다. 바람직한 극저온 탄화수소 조성물(8)은 원료 액화 스트림(1)으로부터 얻어질 수 있다.
메인 냉매 스트림은 메인 냉매를 메인 냉각 회로(101)에서 순환시킴으로써 발생되며, 이에 의해 사용된 냉매(150)는 그로부터 압축된 냉매(120)를 형성하도록 메인 냉매 압축기(160)에서 압축된다. 압축된 냉매 라인(120)에 제공된 하나 이상의 열교환기들을 통해 메인 냉매 압축기(160)에서 배출된 압축된 냉매로부터 열이 제거된다. 이것은 결과적으로 부분적으로 응축된 압축 냉매로 되어, MR 분리기(128)에서 부분적으로 응축된 압축 냉매의 증기 성분을 이루는 가벼운 냉매 분획(121)과, 부분적으로 응축된 압축 냉매의 액상 성분을 이루는 무거운 냉매 분획(122)으로 상분리된다.
가벼운 냉매 분획(121)은 극저온 열교환기(180)를 통하여 하부의 LMR 번들(183)과 상부의 LMR 번들(184)을 연속적으로 통과하여 지나는 반면, 무거운 냉매 분획(122)은 극저온 열교환기(180)를 통해 HMR 번들(185)를 지나서 천이 지점으로 유동한다. 이러한 각각의 튜브 번들을 통과하는 동안, 가벼운 냉매 분획과 무거운 냉매 분획은 각각 셸측(186)에서 증발한 가벼운 냉매 분획과 무거운 냉매 분획에 대해 냉각되고, 다시 순환을 완료한 사용된 냉매를 생성한다. 그와 동시에, 탄화수소 공급 스트림(110)은 하측 탄화수소 번들(181)과 상측 탄화수소 번들(182)을 연속적으로 거쳐 극저온 열교환기(180)를 통과하고, 증발하는 가벼운 냉매 분획과 무거운 냉매 분획들에 대해 액화되고 과냉된다.
공급원에 따라, 탄화수소 공급 스트림(110)은 메탄과 질소 외에, CO2, Hg, H2S 및 다른 황화합물들; 특히 에탄, 프로판 및 부탄과 같은 메탄보다 더 무거운 하나 이상의 탄화수소와, 가능한 적은 양의 펜탄과 방향족 탄화수소와 같이 물 외의 하나 이상의 비-탄화수소 성분들을 하나 이상 포함하는 가변적인 양의 성분들을 포함할 수 있다. 적어도 프로판의 분자량을 갖는 탄화수소는 본 명세서에서 C3+ 탄화수소로서 그리고 적어도 에탄의 분자량을 갖는 탄화수소는 C2+ 탄화수소로 지칭된다.
필요한 경우, 탄화수소 공급 스트림(110)은 CO2 및 H2S와 같은 필요하지 않는 하나 이상의 성분들을 감소 및/또는 제거하기 위하여 전처리되거나, 또는 예압과 같은 다른 단계를 거칠 수도 있다. 그러한 단계는 본 기술분야의 숙련된 기술을 가진 사람에게 잘 알려져 있으며, 그 메커니즘은 본 명세서에서 더 이상 설명되지 않는다. 탄화수소 공급 스트림(110)의 조성물은 가스와 적용된 전처리의 종류와 장소에 따라 변화된다.
원료 액화 스트림(1)은 0.5 mol% ~ 1.8 mol% 의 질소를 포함하며, 메인 감압 시스템(5)이 제공되면 15 ~ 120 bara 의 액화 압력에서 -165℃ 내지 -120℃ 의 원시 온도(raw temperature)로 될 수 있다. 그러한 메인 감압 시스템(5)이 제공되지 않으면, 도 1의 실시예와 같이, 액화 압력은 1 ~ 15 bara 인 것이 바람직하며, 원료 액화 스트림의 형태로 극저온 탄화수소 조성물(8)을 직접 전달하도록 1 ~ 2 bara 의 초기 압력인 것이 바람직하다. 그렇지 않으면, 극저온 탄화수소 조성물(8)은, 원료 액화 스트림(1)을 액화 압력으로부터 초기 압력으로 감압함으로써 원료 액화 스트림(1)으로부터 얻어질 수 있다. 플래시 증기는 그러한 감압 동안에 보통 생성된다.
많은 경우에, 원시 온도는 -155℃ 내지 -140℃ 일 수 있다. 이러한 보다 좁은 범위에서, 액화 시스템(100)에서 필요한 쿨링 듀티는 보다 낮은 온도가 필요한 경우보다 더 낮아질 수 있는 한편, 15bara 초과의 압력에서 과냉 양은 1 ~ 2 bara 의 초기 압력으로 감압시 플래시 증기의 과도한 생성을 피하기에 충분히 높다.
본 발명은 원료 액화 스트림(1)이 1 mol% 내지 1.8 mol%의 질소를 포함하는 실시예에서 특히 이점이 있다.
도 1의 실시예에서, 극저온 탄화수소 조성물(8)은 액상 탄화수소 생성물 라인(90)으로 직접 들어간다. 도 2와 도 3의 실시예에서, 극저온 탄화수소 조성물(8)의 비-플래시된 분획만이 엔드 플래시 분리기(50)를 거쳐 액상 탄화수소 생성물 라인(90)으로 배출된다.
부산물 증기(60)는 극저온 탄화수소 조성물(8)로부터 수집된다. 이것은 극저온 저장 탱크(210)로부터, 가능하게는 증발가스 공급라인(230)가 제공된 경우에는 그러한 증발가스 공급라인을 거쳐, 증발가스를 수집하는 것을 포함할 수도 있다. 증발가스는 극저온 탄화수소 조성물의 적어도 일부분에 열을 추가한 결과이며, 이로써 상기한 메탄-함유 액상의 일부분이 증발하여 상기 증발가스를 형성한다. 선택적인 엔드 플래시 분리기(50)를 포함하는 실시형태에서, 부산물 증기(60)의 수집은, 증발가스의 수집에 추가하거나 그 수집을 대신하여, 엔드 플래시 분리기(50)로부터 플래시 증발 라인(64)을 거쳐 플래시 증기를 수집하는 것을 포함한다.
그렇게 수집된 부산물 증기(60)는 2-15 bara 사이 범위의 처리 압력으로 압축되어서, 부산물 압축기(260)의 압축기 배출구(261)에서 압축된 증기 배출라인(70)의 압축 증기(70)를 얻는다.
압축 증기(70)는 응축 열교환기 트레인(235)을 통과하여, 압축 증기(70)로부터 부분적으로 응축된 중간 스트림을 형성한다. 부분적으로 응축된 중간 스트림은 응축 분획과 증기 분획을 포함한다. 부분적으로 응축된 중간 스트림은 압축 증기(70)를 보조 냉매 스트림(132)에 대하여 열교환시킴으로써 압축 증기(70)를 부분적으로 응축시킴으로써 형성되며, 이에 의해 열은 압축 증기(70)로부터 쿨링 듀티의 보조 냉매 스트림(132)으로 전달된다.
선택적으로, 열은 또한 증기 분획 배출 라인(80)에서 전달되는 오프가스 및/또는 보충 냉매 스트림(142)과 같은 보충 냉각 스트림에 전달된다.
부분적으로 응축된 중간 스트림은 2-15 절대 bara의 분리 압력에서 증기 분획과 응축 분획으로 분리된다. 이를 위하여, 부분적으로 응축된 중간 스트림은 제 1 가스/액체 분리기(33)로 전달될 수 있다. 증기 분획은 제 1 가스/액체 분리기로부터 증기 분획 배출라인(80)을 거쳐 오프가스로서 배출된다. 증기 분획(80)은 선택된 발열량을 갖는다. 발열량은 가열 수요에 따라 선택될 수 있다.
적절하게는, 증기 분획(80)의 적어도 연료 부분은 분리 압력 보다 높지 않는 연료 가스 압력으로 연소장치(220)으로 전달된다.
응축 열교환기(35)의 쿨링 듀티는 배출되는 증기 분획(80)의 발열량을 조절하기 위하여 자동으로 조정된다. 증기 분획(80)이 예를 들어 도 1에 도시된 연소 디바이스(220)와 같은 하나 이상의 선택적 메탄 소비처에 전달되는 실시예에서, 그러한 제어는 요구되는 화력에 응답하여 수행될 수 있으며, 이로써 메탄의 부분 유량은 수요에 맞는 발열량을 얻도록 제어될 수 있다. 적절하게는, 보조 냉매 스트림 유동 제어밸브(135)는 응축 열 교환기(35)를 통한 보조 냉매 스트림(132)의 미리 설정된 목표 유량을 유지하도록 압력 컨트롤러 PC에 의해 제어될 수 있다. 증기 분획 배출라인(80)에서의 실제 압력은 조절되는 발열량에 통상적으로 관련된다. 압력 컨트롤러(PC)는, 증기 분획(80)에서의 공급량보다 메탄의 소비량이 더 높은 것을 나타내는 압력이 미리 설정된 목표 수준 밑으로 떨어질 때, 보조 냉매 스트림 유량 제어 밸브(135)의 개방된 분획을 감소시키도록 설정될 것이다. 반대로, 압력이 미리 설정된 목표 수준을 초과할 때, 보조 냉매 스트림 유량 제어 밸브(135)의 개방된 분획을 증가시키도록 설정될 것이다.
증기 분획(80)은 30 mol% ~ 90 mol%, 바람직하게는 30 mol% ~ 70 mol%, 또는 45 mol% ~ 90 mol% , 보다 바람직하게는 30 mol% ~ 60 mol%, 더 바람직하게는 45 mol% ~ 70 mol%, 가장 바람직하게는 45 mol% ~ 60 mol% 의 질소를 함유하는 것으로 예상된다.
약 60 mol%의 질소 함량을 얻도록, 부산물 증기 스트림으로부터 충분한 메탄이 재응축되어야 한다. 이것은 4 ~ 8 bar 의 압축 증기 스트림을 사용하여 -150℃ 내지 -135℃ 의 부분적으로 응축된 중간 스트림의 온도를 얻음으로써 수행될 수 있는 것으로 밝혀졌다.
제 1 가스/액체 분리기(33)으로 돌아가서, 응축 분획 배출라인(40)을 통해 제 1 가스/액체 분리기(33)으로부터 응축 분획이 배출된다. 전형적으로, 응축 분획은 10 mol% 미만의 질소를 포함하는 것으로 예상된다. 보다 높은 질소 함량에서, 극저온 저장 탱크(210)의 극저온 탄화수소 조성물은 바람직한 최대치 약 1.1 mol%를 넘는 질소 함량을 가질 수도 있다. 감압된 재순환 부분은, 초기 압력보다 더 낮지 않은 압력으로 응축 분획을 감압시킴으로써 응축 분획 배출라인(40)의 응축 분획으로부터 형성된다. 그후 감압된 재순환 부분은 극저온 탄화수소 조성물로 예를 들어 주입지점을 통하여 극저온 탄화수소 조성물(8)로, 엔드 플래시 분리기(50)를 거치거나 또는 직접 액상 탄화수소 생성물 라인(90)에 주입된다.
보조 냉매 스트림(132)은 표준 조건(ISO 13443 표준: 1.0 절대 대기 압력에서 15℃)하에서의 오버헤드 증기 스트림(70)의 포점(bubble point)보다 더 낮은 온도에서 표준 조건하에서의 포점을 갖는다. 이것은 부산물 증기 스트림(60)에 존재하는 비교적 큰 양의 메탄을 재응축하는 것을 용이하게 하며, 다시 증기 분획(80)에서의 메탄 함량 조절가능성을 용이하게 한다. 예를 들어, 보조 냉매는 5 mol% 내지 75 mol% 의 질소를 포함할 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 보조 냉매 스트림은 메인 냉매 스트림의 슬립스트림(slip stream)에 의해, 보다 바람직하게는 가벼운 냉매 분획의 슬립 스트림에 의해 형성된다. 이 후자의 경우가 도 3에 도시되어 있지만, 도 1과 도 2의 실시예에도 적용될 수 있다. 그러한 슬립 스트림은, 여전히 상측과 하측의 튜브 번들에서 스트림으로부터 열을 인출하는데 도움을 주는 극저온 열교환기(180)의 셸측(186)을 거쳐 메인 냉매 회로로 편리하게 되돌아갈 수 있다.
일 실시예에서, 보조 냉매로 고려되는 조성물은 25 mol% 내지 40 mol% 의 질소; 30 mol% 내지 60 mol% 의 메탄과 30 mol%까지의 C2(에탄 및/또는 에틸렌)을 포함하며, 이로써 보조 냉매는 적어도 95%의 상기 성분들을 포함하거나 및/또는 질소와 메탄 전체가 적어도 65 mol%이다. 이들 범위 내의 조성물은, 혼합된 냉매가 액화 탄화수소 스트림의 과냉에 이용되는 경우, 메인 냉매 회로로부터 쉽게 이용될 수 있다.
또한, 압축 증기 스트림(70)을 부분적으로 응축시키기 위하여 별도의 냉각 사이클을 이용할 수도 있다. 그러나, 메인 냉매 스트림으로부터 슬립 스트림을 이용하는 것이 설치해야 할 추가적인 설비 양을 최소화하는 점에서 이점이 있다. 예를 들어, 추가적인 보조 냉매 압축기와 보조 냉매 응축기가 필요없게 된다.
바람직하게는, 분리 압력은 4 ~ 8 bara 이며, 그 압력은 더 이상의 압축이 필요없이 연소장치(220)로 오프가스를 전달하는데 적당한 낮은 압력의 연료 가스 스트림의 요건을 충족시킨다. 연소장치(220)가 제 1 가스/액체 상 분리기로부터 비교적 먼 거리에 있는 경우 오프가스를 연소장치(220)로 전달하는 과정에서 추가적인 압력 강하가 예상되는 환경에서, 보다 높은 압력이 선택될 수 있다.
처리 압력이 분리 압력을 1 bar 이상, 바람직하게는 5 bar 이하만큼 초과하는 경우, 응축 열교환기 트레인(235)을 통해 압축 증기(70)를 전달함으로써 압력 강하가 초래되는 것을 허용하는 것이 바람직한데, 그것이 부산물 압축기(260)측에 불필요한 압축 동력을 필요로 하기 때문이다.
일부 실시형태에서, 액체 탄화수소 생성물 스트림에 용해된 질소의 목표 양은 0.5 ~ 1mol% 이며, 바람직하게는 가능한 한 1.0 mol%에 가깝지만 1.1 mol%를 넘지 않는다.
도 1 내지 3을 참고하여 위에서 설명한 응축 열교환기 트레인(235)의 여러 구성 요소들은 새로운 실시예를 형성하도록 결합될 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 실시형태에서, 응축 열교환기 트레인(235)은 응축 열교환기(35)에 추가하여, 3개의 보충 응축 열교환기들을 포함한다: 플래시 증기 냉기 회수 열교환기(36) 형태의 열교환기; 오프가스 냉기 회수 열교환기(85) 형태의 열교환기; 및 실외(ambient) 열교환기(38). 상기 플래시 증기 냉기 회수 열교환기(36)는 응축열교환기(35)에 인접하여 구성되며, 이로써 압축 증기(70)는 플래시 증기 라인(64)과 간접적인 열교환 접촉으로 배치된다. 플래시 증기 냉기 회수 열교환기(36)에 인접하게 오프가스 냉기 회수 열교환기(85)가 구성되며, 압축 증기(70)는 증기 분획 라인(80)과 간접적인 열교환 접촉으로 배치된다. 일측은 오프가스 냉기 회수 열교환기(85)에 인접하게, 그리고 반대쪽은 부산물 압축기(260)의 압축기 배출구(261)에 인접하게 실외 열교환기(38) 형태의 제 3 보조 응축 열교환기가 구성된다. 상기 실외 열교환기(38)는 대기 스트림이 압축 증기 라인(70)과 간접적으로 접촉되게 구성된 공기 열교환기 형태로 될 수 있으며, 또는 물의 스트림이 압축 증기 라인(70)과 간접적으로 접촉되게 구성된 물 열교환기 형태로 될 수 있다. 도 3에 도시된 것과 같은 방식으로, 응축 열교환기(35)용의 보조 냉매 공급원(132)은 메인 냉각 회로(101)의 LMR 라인(131)일 수 있다(도 3에 도시되어 있지만, 도 4에는 도시되지 않음). 제 2 LMR 복귀 라인(138)은 그 상류측 단부에서 응축 열교환기(35)를 거쳐 보조 냉매 라인(132)과 유체 연결되고, 그 하류측 단부에서는, 사용된 냉매 라인(150)과 최종적으로 연결된다(도 4에는 도시되지 않음).
도 4에 도시된 나머지 구성요소들과 도 4에 도시되지 않은 선택적인 요소들은 도 1 내지 3에서 설명된 것과 동일하며, 여기에서는 설명하지 않는다. 도 3에 도시되고 설명된 것과 유사하게, 극저온 저장 탱크(210)는 부산물 압축기(260)로부터 상당한 거리(D)로 떨어져 위치할 수 있다.
홀딩 모드에서의 운전(표 1과 2)과 부하 모드에서의 운전(표 3)을 가정하여, 도 3에 도시된 실시형태에서 정적 시뮬레이션(static simulation)을 수행하였다. 모든 경우에서, 극저온 탄화수소 조성물(8)은 질소와 메탄 혼합물이 90mol% 보다 많이 (98.204mol%) 구성된 것으로 가정하였다. 표 1의 예는 기준 예로서, 질소의 양이 0.77 mol%이고 메탄이 95.89 mol%이어서, 전체가 99.6 mol% 초과이다. 표 4의 예에서, 질소의 양은 그 보다 더 많은 1.53mol%이다. 앞의 두 예들에서, 밸런스는 에탄, 프로판, 일반 부탄, 및 이소부탄으로 이루어진 C2-C4 알칸 그룹과 이산화탄소의 혼합물로 구성된다. 이들 성분들은 액체 탄화수소 생성물 스트림(90)을 거쳐 공정에서 남겨진다.
질소 기준, 홀딩 모드; 참조 번호는 도 3과 일치함
참조 번호 8 40 60 64 70 80 90 230
상 (V/L) V+L L V V V V L V
유량
(kg-mol/s)		 11.9 0.24 0.36 0.23 0.36 0.11 11.9 0.13
온도(℃) -161 -140 -151 -162 -52 -140 -162 -66
압력(bara) 1.15 6.7 1.05 1.05 7.9 6.7 1.05 1.15
질소(mol%) 0.77 4.24 13.3 13.8 13.3 32.6 0.59 12.5
메탄(mol%) 95.9 95.8 86.7 86.2 86.7 67.4 96.1 87.5
이러한 기준 예에서, 오프가스의 발열량은 62 MW로서, 평균 외기 온도 기간 동안에 선택된 열전달 유체 유닛에 대하여 비등 요건을 충족하도록 목표로 설정되었다. 선택된 열전달 유닛은, 액화 천연가스의 약 6 MTPA(연간 메가 톤)을 전달하도록 설계된 선택된 액화장치에서의 유입 분리기 오버헤드 가스 히터, 산성 가스 제거 유닛 재가열기, 및 분획 열 재가열기를 포함하는 다수의 모듈들에 프로세스 열을 전달한다.
높은 질소 함량, 홀딩 모드 ; 참조 번호는 도 3과 일치함.
참조 번호 8 40 60 64 70 80 90 230
상 (V/L) V+L L V V V V L V
유량
(kg-mol/s)		 10.3 0.30 0.44 0.32 0.44 0.13 10.3 0.12
온도(℃) -163 -146 -157 -164 -61 -146 -164 -65
압력(bara) 1.15 6.7 1.05 1.05 7.9 6.7 1.05 1.15
질소(mol%) 1.53 8.24 22.0 22.5 22.0 53.0 1.07 20.6
메탄(mol%) 97.9 91.8 78.0 77.5 78.0 47.0 98.3 79.4
부산물 압축기(260)에 의해 소비되는 압축기 전력은 높은 질소 함량의 경우 1.3 MW에 대하여 기준 질소 함유 경우의 1.1 MW였다. 기준 질소 함량의 경우 소비된 쿨링 듀티는 2.8 MW인 반면 (슬립 스트림 열교환기(37)에서 1.0 MW, 응축 열교환기(35)에서 1.8 MW), 높은 질소 함량의 경우 3.5 MW가 사용되었다(슬립 스트림 열교환기(37)에서 1.1 MW, 응축 열교환기(35)에서 2.4 MW).
높은 질소 함량의 경우에서 오프가스(80)에 제공된 발열량은 50MW였다. 이것은 기준 예의 시뮬레이션에 대해 가정한 것과 동일하지만, 평균 외기 온도보다 높은 외기 온도(여름철)에서 액화장치를 운전하기 위해 목표로 설정한 것이다. 물론, 보다 높은 외기 온도에서 프로세스 히팅 조건은 더 낮다. 비록 보다 많은 질소가 오프가스를 통해 배출될 필요가 있지만, 보다 낮은 히팅 전력 요건이 도 3의 라인업과 일치하는 점을 주목하는 것이 흥미롭다. 액체 탄화수소 스트림(90)의 질소 함량은 여전히 1.1mol%의 최대 허용 한계내에 있다.
마찬가지로, 겨울철의 프로세스 히팅 조건을 충족하기 위해 약 80MW로 동일한 라인업으로 발열량을 조절하는 것이 가능한 것으로 밝혀졌다.
표 3은 부하 모드에서 표2에 일치하는 높은 질소 함량의 경우의 시뮬레이션 결과를 요약한다. 계산은 선박에 전달되는 0.7mol%의 LNG의 추가적인 증발가스 공급 속도를 가정한 것이다.
높은 질소 함량, 로딩 모드; 참조 번호는 도 3과 일치한다.
참조 번호 8 40 60 64 70 80 90 230
상 (V/L) V+L L V V V V L V
유량
(kg-mol/s)		 10.3 0.38 0.52 0.34 0.52 0.14 10.3 0.18
온도(℃) -163 -147 -153 -164 -53 -147 -164 -70
압력(bara) 1.15 6.7 1.05 1.05 7.9 6.7 1.05 1.15
질소(mol%) 1.53 9.04 22.0 23.0 22.0 56.1 1.10 20.0
메탄(mol%) 97.5 90.96 78.0 77.0 78.0 43.9 98.3 80.0
응축 열교환기의 쿨링 듀티는 증기 분획(80)에서의 50MW와 같은 발열량을 유지하도록 3.0MW로 조정되었다. 또한, 슬립 스트림 열교환기(37)의 쿨링 듀티는 표 3의 홀딩 모드의 경우와 비교하여 1.45MW로 증가되었으며, 그것은 부산물 증기 F인(60)에서 몇도 정도 더 따뜻한 부산물 증기 때문이다.
표 4는 홀딩 모드로 운전하는 것을 가정하여 도 4에 도시된 실시예에서 수행된 시뮬레이션 결과를 요약한다. 이 경우에, 극저온 탄화수소 조성물(8)의 조성물은 표 1에서 베이스를 형성하는 기준 케이스에서와 동일하였다. 전달 압축기는 극저온 저장 탱크(210) 측에서 증발가스 공급 라인(230)에 구성되었다. 실외 열교환기(38)는 물 냉각기로 상정하였다.
기준 질소 함량, 홀딩 모드; 참조 번호는 도 4와 일치함.
참조 번호 8 40 60 64 70 80 90 230
상 (V/L) V+L L V V V V L V
유량
(kg-mol/s)		 11.9 0.24 0.36 0.23 0.36 0.11 11.9 0.13
온도(℃) -161 -140 -45 -162 +127 -140 -162 -66
압력(bara) 1.15 6.7 1.05 1.05 7.9 6.7 1.05 1.15
질소(mol%) 0.77 4.24 13.3 13.8 13.3 32.5 0.59 12.5
메탄(mol%) 95.9 95.8 86.7 86.2 86.7 67.5 96.1 87.5
표 4의 경우에, 부산물 압축기 전력은 2.2 MW였으며, 표 1의 경우 1.1 MW와 비교하여 차이점은 부산물 증기(60) 온도는 표 4에서 보다 더 높으며, 그 결과 밀도가 더 낮아진다. 이것은 플래시 증기 스트림(64)와 증발 증기 스트림(230)이 압축 증기(70)를 냉각하는데 사용되기 때문이다. 그러나, 표 1의 경우 2.8 MW와 비교하여 메인 극저온 냉각 회로에서 오직 2.1 MW 쿨링 듀티만 사용된다. 부산물 압축기(260)로부터 얻어지는 압축기 증기(70) 온도는 주위의 물에 1.4 MW의 듀티를 분산시킴으로써 +21℃로 떨어진다; 이어서 오프가스 냉기 회수 열교환기(85)에서의 간접적인 열교환에 의해 증발가스로 0.6 MW의 듀티를 전달하며, 이로써 압축기 증기 스트림(70)의 온도를 -29℃로 낮춘다; 이어서 플래시 증기 스트림(64)에 대하여 간접적인 열교환에 의해 플래시 증기 냉기 회수 열교환기(36)의 플래시 증기(64)로 1.0 MW의 듀티를 전달하며, 이로써 압축 증기 스트림(70)의 온도를 -109℃로 낮춘다; 이어서, 액화 시스템(100)으로부터의 가벼운 냉매 분획의 슬립 스트림 형태의 보조 냉매 스트림(132)에 대하여 응축 열교환기(35)에 최종 응축 열 교환을 함으로써 2.1 MW를 사용하여 -139℃로 온도를 낮춘다. 이것은 압축 증기 스트림(70)의 부분적인 응축에 필요한 유일한 외부 쿨링 듀티이다.
끝으로, 본 발명 운전의 제한은 도 4의 실시예를 사용한 다른 시뮬레이션에 의해 조사되었다. 그 결과는 표 5에 요약되어 있다. 케이스 1 내지 5는 본 발명이 극저온 탄화수소 조성물(8)에서 질소의 양을 증가시키는 한편, 오프가스의 증기 분획(80)에서 62 MW의 일정한 히팅 듀티를 유지하도록 어떻게 작용하는지를 보여준다. 응축 열교환기(35)에서의 쿨링 듀티를 증가시킴으로써 (제 1 가스/액체 분리기(33)에서의 낮은 온도에 의해 표 5에 반영된) 가열 듀티가 유지될 수 있음을 알 수 있다. 극저온 탄화수소 조성물(8)의 질소 1.8 mol%에서, 액상의 탄화수소 생성물 스트림(90)에서의 질소 양은 약 1.1 mol%를 초과하여 시작한다. 따라서, 본 발명은 원료 액화 생성물의 질소 함량이 약 1.8 mol%까지, 예를 들어 1.7 mol%로 되게 작용한다.
도 4의 라인업을 사용한 8 케이스들
케이스 번호 1 2 3 4 5 6 7 8
스트림8의 질소
(mole%)		 0.51 1.01 1.50 1.80 1.99 1.80 1.80 1.80
스트림80의 히팅 듀티 (MW) 62 62 62 62 62 47 33 33
스트림90의 질소
(mole%)		 0.41 0.74 1.03 1.20 1.30 1.23 1.29 1.32
스트림40의 질소
(mole%)		 2.80 5.50 7.91 9.29 10.2 11.2 14.1 16.1
스트림80의 질소
(mole%)		 22.9 40.0 51.6 56.9 59.8 62.3 68.5 68.0
분리기33의 온도
(℃)		 -137 -142 -145 -147 -148 -149 -152 -146
분리압력(bara) 6.7 6.7 6.7 6.7 6.7 6.7 6.7 9.7
케이스 6과 7은 오프가스의 히팅 듀티는 응축 열교환기의 쿨링 듀티를 증가시킴으로써 낮춰질 수 있음을 나타낸다. 그러나, 보다 많은 질소를 재응축하는 것이 액체 탄화수소 생성물 스트림(90)에서 결국 종결되는 불이익이 있다. 케이스 7과 8의 비교는, 압축 증기 스트림(70)의 압력을 증가시킴으로써 (이것은 제 1 가스/액체 분리기(33)에서 보다 높은 분리 압력을 허용한다) 응축 열교환기의 쿨링 듀티가 감소될 수 있음을 보여준다.
본 기술 분야의 숙련된 기술을 가진 자는, 첨부한 청구범위로부터 벗어나지 않고 본 발명을 많은 다양한 방법으로 수행될 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (17)

  1. 질소와 메탄-함유 액상을 포함하는 극저온(cryogenic) 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법으로서,
    - 질소와 메탄-함유 액상을 포함하는 극저온 탄화수소 조성물을, 1 내지 2 bara (bar absolute) 의 초기 압력에서 제공하는 단계;
    - 상기 극저온 탄화수소 조성물로부터 부산물 증기를 수집하는 단계;
    - 상기 부산물 증기를 2 내지 15 bara 의 처리 압력으로 압축하여 압축 증기를 얻는 단계;
    - 상기 압축 증기로부터 응축 분획과 증기 분획을 포함하는 부분적으로 응축된 중간 스트림을 형성하는 단계로서, 상기 압축 증기를 보조 냉매 스트림에 대해 열교환시켜서 쿨링 듀티(cooling duty)에서 압축 증기로부터의 열을 보조 냉매 스트림으로 전달함으로써 압축 증기를 부분적으로 응축시키는 것을 포함하는, 상기 부분적으로 응축된 중간 스트림을 형성하는 단계;
    - 제 1 가스/액체 분리기에서 상기 증기 분획으로부터 상기 응축 분획을, 2 내지 15 bara 의 분리 압력에서 분리하는 단계;
    - 상기 제 1 가스/액체 분리기로부터 발열량(heating value)을 갖는 증기 분획을 오프가스로서 배출하는 단계;
    - 상기 제 1 가스/액체 분리기의 상기 응축 분획을 배출하는 단계;
    - 상기 초기 압력 이상의 압력까지 상기 응축 분획을 감압시켜서, 감압된 재순환 부분을 형성하는 단계;
    - 상기 극저온 탄화수소 조성물에 상기 감압된 재순환 부분을 주입하는 단계; 및
    - 상기 제 1 가스/액체 분리기로부터 배출되는 증기 분획의 발열량을 조절하도록 쿨링 듀티를 조정하는 단계
    를 포함하는 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증기 분획을, 상기 분리 압력 이하의 연료가스 압력으로 연소장치에 전달하는 단계를 더 포함하는, 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 극저온 탄화수소 조성물로부터의 상기 부산물 증기는 상기 극저온 탄화수소 조성물의 적어도 일부분에 열을 추가함으로써 얻어진 증발가스(boil-off gas)를 포함하며, 그럼으로써 상기 메탄-함유 액상의 일부분이 증발하여 상기 증발가스를 형성하도록 된, 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 극저온 탄화수소 조성물을 제공하는 단계는,
    - 메인 냉매 스트림에 대하여 극저온 열교환기에서 탄화수소-함유 공급 증기를 포함하는 공급 스트림을 열교환시켜서, 원료(raw) 액화 스트림을 제공하도록 상기 공급 스트림의 공급 증기를 액화시키는 것, 그리고
    - 상기 원료 액화 스트림으로부터 상기 극저온 탄화수소 조성물을 얻는 것
    을 포함하는, 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 액화 스트림으로부터 극저온 탄화수소 조성물을 얻는 것은 상기 원료 액화 스트림을 액화 압력으로부터 상기 초기 압력으로 감압시키는 것을 포함하는, 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 감압을 행하는 동안에 플래시 증기가 발생되며, 상기 극저온 탄화수소 조성물로부터의 상기 부산물 증기는 상기 플래시 증기를 포함하는, 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 플래시 증기는 제 2 가스/액체 분리기의 극저온 탄화수소 조성물로부터 분리되는, 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 원료 액화 스트림은 감압된 형태로 상기 제 2 가스/액체 분리기로 전달되며, 상기 감압된 재순환 부분을 상기 극저온 탄화수소 조성물에 주입하는 단계는, 상기 제 2 가스/액체 분리기 및 제 2 가스/액체 분리기에 전달되는 감압된 형태의 액화 스트림으로 이루어진 그룹 중 하나에 상기 감압된 재순환 부분을 주입함으로써 수행되는, 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 보조 냉매 스트림은 상기 메인 냉매 스트림의 슬립 스트림에 의해 형성되는, 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 보조 냉매 스트림은 5 mol% ~ 75 mol% 의 질소를 포함하는, 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 증기 분획은 30 mol% ~ 90 mol% 의 질소를 포함하는, 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 응축 분획은 10 mol% 미만의 질소를 포함하는, 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부분적으로 응축된 중간 스트림의 온도는 -150℃와 -135℃ 사이인, 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가스/액체 분리기는, 상기 제 1 가스/액체 분리기 내부의 증기와 액체가 열역학적 평형에 있는, 단일의 평형 단계를 제공하는, 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 방법.
  15. 질소와 메탄-함유 액상을 포함하는 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 장치로서,
    - 초기 압력에서 질소와 메탄-함유 액상을 포함하는 극저온 탄화수소 조성물용 홀더;
    - 상기 홀더에 유체(fluidly) 연결되고 상기 홀더로부터 부산물 증기를 수집하도록 배치된 부산물 증기 라인;
    - 상기 부산물 증기 라인에 배치된 부산물 압축기로서, 상기 부산물 압축기의 압축기 배출구에서 압축 증기를 제공하기 위하여 적어도 초기 압력을 초과하는 처리압력으로 상기 부산물 증기를 압축하도록 배치된 상기 부산물 압축기;
    - 압축기 배출구와 유체 연통하는 적어도 하나의 응축 열교환기로서, 상기 응축 열교환기는, 상기 압축 증기를 수용하도록 그리고 그 압축 증기로부터, 응축 분획과 증기 분획을 포함하는 부분적으로 응축된 중간 스트림을 형성하도록 배치되고, 상기 압축 증기를 보조 냉매 스트림과 열교환 접촉시키도록 배치되어서, 작동하는 동안에 쿨링 듀티에서 열이 상기 압축 증기로부터 보조 냉매 스트림으로 전달되는, 상기 응축 열교환기;
    - 상기 부분적으로 응축된 중간 스트림을 수용하도록 그리고 분리 압력에서 상기 응축 분획을 상기 증기 분획으로부터 분리하도록 배치된 제 1 가스/액체 분리기;
    - 상기 제 1 가스/액체 분리기에 유체 연결된 증기 분획 배출라인으로서, 상기 증기 분획을 상기 제 1 가스/액체 분리기로부터 멀어지게 전달하도록 배치된, 상기 증기 분획 배출라인;
    - 상기 응축 분획을 상기 제 1 가스/액체 분리기로부터 멀어지게 전달하도록 배치되고, 상류측 단부에서 상기 제 1 가스/액체 분리기에 유체 연결되고 하류측 단부에서는 상기 극저온 탄화수소 조성물과 합류되게 주입지점과 유체 연통되는 응축 분획 배출라인;
    - 상기 응축 분획 배출라인에 배치되고, 상기 응축 분획을 초기 압력 이상의 압력으로 감압시키도록 배치되어서, 감압된 재순환 부분을 형성하는 감압 시스템; 및
    - 상기 제 1 가스/액체 분리기로부터 배출되는 상기 증기 분획의 발열량을 조절하기 위하여 상기 쿨링 듀티를 조정하도록 배치된 쿨링 듀티 제어기
    를 포함하는, 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 가스/액체 분리기는 증기/액체 접촉부를 형성하는 내장품(internals)이 없는 드럼으로 구성된, 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 장치.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 가스/액체 분리기는, 상기 제 1 가스/액체 분리기 내부의 증기와 액체가 열역학적 평형에 있는, 단일의 평형 단계를 제공하는, 극저온 탄화수소 조성물로부터 질소를 제거하는 장치.
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