KR102012086B1 - 혼합 냉매 냉각 공정 및 시스템 - Google Patents

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에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
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Abstract

본 발명은 혼합된 냉매 사이클에 초점을 맞추어 천연 가스 액화 공정의 조작성, 용량 및 효율을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전술한 방법이 수행될 수 있는 천연 가스 액화 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 천연 가스 액화 플랜트의 예냉 열 교환기에서 사용되는 냉매는 예냉 열 교환기로부터 회수되고, 냉각 및 압축된 후에 액체-증기 분리기에서 액체 스트림과 증기 스트림으로 분리된다. 증기 부분은 추가로 압축되고, 냉각되고, 완전히 응축된 다음, 액체-증기 분리기로 리턴된다. 선택적으로, 완전 응축된 스트림은 액체-증기 분리기로부터의 액체 스트림을 포함하여, 다른 스트림을 냉각시키기 위해 액체-증기 분리기로 리턴되기 전에 열 교환기를 통해 순환될 수 있다.

Description

혼합 냉매 냉각 공정 및 시스템{MIXED REFRIGERANT COOLING PROCESS AND SYSTEM}
천연 가스를 냉각, 액화, 및 선택적으로 과냉각하기 위한 다수의 액화 시스템이 당업계에 주지되어 있으며, 예컨대 단일 혼합 냉매(SMR) 사이클, 프로판-사전 냉각 혼합 냉매(C3MR) 사이클, 이원 혼합 냉매(DMR) 사이클, C3MR-질소 하이브리드(예컨대 AP-X™) 사이클, 질소 또는 메탄 팽창기 사이클, 및 캐스케이드 사이클이 있다. 통상적으로, 이러한 시스템에서, 천연 가스는 하나 이상의 냉매와의 간접 열교환에 의해 냉각되고, 액화되며, 선택적으로 과냉각된다. 다양한 냉매가 채용될 수 있으며, 예컨대 혼합 냉매, 순수 성분, 2 상 냉매, 기상 냉매 등이 있다. 질소, 메탄, 에탄/에틸렌, 프로판, 부탄, 펜탄의 혼합물인 혼합 냉매(MR)가 많은 기저 부하의 액화된 천연 가스(LNG) 플랜트에서 사용되어 왔다. MR 스트림의 조성은 통상적으로 공급 가스 조성 및 작동 조건에 기초하여 최적화된다.
냉매는 하나 이상의 열 교환기 및 냉매 압축 시스템을 포함하는 냉매 회로 내에서 순환된다. 냉매 회로는 폐쇄 루프 또는 개방 루프일 수 있다. 천연 가스는, 열 교환기 내의 냉매와의 간접 열교환기에 의해 하나 이상의 냉매 회로에서 간접 열교환에 의해 냉각, 액화 및/또는 과냉각된다.
냉매 압축 시스템은 순환하는 냉매를 압축 및 냉각하기 위한 압축 시퀀스, 및 압축기를 구동시키는데 필요한 동력을 제공하기 위한 구동기 어셈블리를 포함한다. 냉매 압축 시스템은, 천연 가스를 냉각, 액화 및 선택적으로 과냉각하는데 필요한 가열 듀티를 제공하는 차가운 저압 냉매 스트림을 생성하도록 냉매를 고압으로 압축하고 팽창 이전에 냉각시킬 필요가 있기 때문에 액화 시스템의 중요한 구성 요소이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술의 통상적인 DMR 공정이 액화 시스템(100)에 도시되어 있다. 바람직하게는 천연 가스인 공급물 스트림은 전처리부(미도시)에서 공지된 방법으로 세정 및 건조되어 물, CO2 및 H2S 등의 산성 가스, 및 수은 등의 다른 오염물을 제거하여, 결과적으로 공급물 스트림(101)을 전처리한다. 본질적으로 물이 없는 전처리된 공급물 스트림(101)은, 예냉 시스템(134)에서 예냉되어 예냉된 천연 가스 스트림(102)을 생성하고, 주요 극저온 열 교환기(MCHE)(165)에서 추가로 냉각, 액화 및/또는 과냉각되어 LNG 스트림(104)을 생성한다. LNG 스트림(104)은 일반적으로 밸브 또는 터빈(도시되지 않음)을 통과함으로써 압력 강하된 다음, LNG 저장 탱크(도시되지 않음)로 보내진다. 탱크에서의 압력 강하 및/또는 증발 동안 생성된 임의의 플래시 증기는 플랜트에서 연료로 사용되거나, 공급되도록 재순환되거나, 및/또는 플레어로 보내질 수 있다.
전처리된 공급물 스트림(101)은 10 ℃ 이하, 바람직하게는 0 ℃ 이하, 보다 바람직하게는 -30 ℃ 이하의 온도로 예냉된다. 예냉된 천연 가스 스트림(102)은 약 -150 ℃ 내지 약 -70 ℃, 바람직하게는 약 -145 ℃내지 약 -100 ℃의 온도로 냉각함으로써 액화되며, 이후 약 -170 ℃ 내지 약 -120 ℃, 바람직하게는 -170 ℃와 -140℃ 사이의 온도로 과냉각된다. 도 1에 도시된 MCHE(165)은 2 개의 튜브 다발, 따뜻한 다발(166) 및 차가운 다발(167)을 갖는 코일 권취식 열 교환기이다. 그러나, 임의의 수의 다발 및 임의의 교환기 유형이 이용될 수도 있다.
용어 "본질적으로 물이 없는"은 전처리된 공급물 스트림(101) 내의 임의의 잔류하는 물이 하류의 냉각 및 액화 공정에서의 물의 동결과 관련된 작동상의 문제를 방지하기에 충분히 낮은 농도로 존재한다는 것을 의미한다. 본원에 기술된 실시형태에서, 물 농도는 바람직하게는 1.0 ppm 이하, 보다 바람직하게는 0.1 ppm 내지 0.5 ppm이다.
DMR 공정에 사용되는 예냉 냉매는 본원에서 질소, 메탄, 에탄/에틸렌, 프로판, 부탄 및 다른 탄화수소 성분과 같은 성분을 포함하는 따뜻한 혼합 냉매(WMR)로 지칭되는 혼합 냉매(MR)이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 따뜻한 저압 WMR 스트림(110)은 예냉 열 교환기(160)의 쉘측의 하부로부터 회수되어 압축되고 WMR 압축 시스템(111)에서 냉각되어 압축된 WMR 스트림(132)을 생성한다. WMR 압축 시스템(111)은 도 2에 기재되어 있다. 압축된 WMR 스트림(132)은 예냉 열 교환기(160)의 튜브 회로에서 냉각되어 차가운 스트림을 생성하고, 차가운 스트림은 이후 제1 WMR 팽창 디바이스(137) 양단에서 압력 강하되어 팽창된 WMR 스트림(135)을 생성한다. 팽창된 WMR 스트림(135)은 예냉 열 교환기(160)의 쉘측 내로 주입되고 전처리된 공급물 스트림(101)에 대해 가온되어 따뜻한 저압 WMR 스트림(110)을 생성한다. 도 1은 예냉 열 교환기(160)를 위한 단일 튜브 다발을 갖는 코일 권취식 열 교환기를 도시하지만, 임의의 수의 튜브 다발 및 임의의 유형의 열 교환기가 사용될 수 있다.
DMR 공정에서, 액화 및 과냉각은 차가운 혼합 냉매(CMR; cold mixed refrigerant)로 언급되는 제2 혼합 냉매 스트림에 대해 예냉된 천연 가스를 열 교환시킴으로써 수행된다.
따뜻한 저압 CMR 스트림(140)은 MCHE(165)의 쉘측의 하부로부터 회수되고, 흡입 드럼(도시되지 않음)을 통해 보내져 임의의 액체를 분리하고, 증기 스트림은 CMR 압축기(141)에서 압축되어 압축된 CMR 스트림(142)을 생성한다. 따뜻한 저압 CMR 스트림(140)은 통상적으로 WMR 예냉 온도 또는 그 근처의 온도에서, 바람직하게는 약 -30 ℃ 미만의 온도에서, 및 10 bara(145 psia) 미만의 압력에서 회수된다. 압축된 CMR 스트림(142)은 CMR 애프터 쿨러(143)에서 냉각되어 압축 냉각된 CMR 스트림(144)을 생성한다. 추가적인 상 분리기, 압축기 및 애프터 쿨러가 존재할 수 있다. CMR이 MCHE(165)의 하부로부터 회수된 후에 CMR을 압축 및 냉각하는 프로세스는 본원에서 일반적으로 CMR 압축 시퀀스로 지칭된다.
그 다음, 압축 냉각된 CMR 스트림(144)은 예냉 시스템(134)에서 증발하는 WMR에 대해 냉각되어 예냉된 CMR 스트림(145)을 생성하며, 이는 예냉 온도 및 CMR 스트림의 조성에 따라 완전히 응축되거나 2 상이 될 수 있다. 도 1은 예냉된 CMR 스트림(145)이 2 상이고, CMR 액체(CMRL) 스트림(147) 및 CMR 증기(CMRV) 스트림(146)이 얻어지는 CMR 상 분리기(164)로 보내지고, MCHE(165)로 다시 보내져 추가로 냉각되는, 배열을 도시한다. 상 분리기를 떠나는 액체 흐름은 업계에서 MRL로 지칭되며, 상 분리기를 떠나는 증기 흐름은 후속하여 액화된 후에도 업계에서 MRV로 지칭된다.
CMRL 스트림(147) 및 CMRV 스트림(146)은 모두 MCHE(165)의 2 개의 개별 회로에서 냉각된다. CMRL 스트림(147)은 MCHE(165)의 따뜻한 다발에서 냉각되고 부분적으로 액화되어, 결과적으로 차가운 스트림이 되며, 차가운 스트림은 CMRL 팽창 디바이스(149) 양단에서 압력 강화되어 팽창된 CMR 스트림(148)을 생성하고, 팽창된 CMR 스트림(148)은 MCHE(165)의 쉘측으로 다시 보내져 따뜻한 다발(166)에서 요구되는 냉동(refrigeration)을 제공한다. CMRV 스트림(146)은, MCHE(165)의 제1 및 제2 튜브 다발에서 냉각되고, CMRV 팽창 디바이스(151) 양단에서 감압되어 팽창된 CMRV 스트림(150)을 생성하고, 팽창된 CMRV 스트림(150)은 MCHE(165)에 도입되어 차가운 다발(167) 및 따뜻한 다발(166)에 필요한 냉동을 제공한다.
MCHE(165) 및 예냉 열 교환기(160)는 코일 권취식 열 교환기, 플레이트 및 핀 열 교환기 또는 쉘 및 튜브 열 교환기와 같은 천연 가스 냉각 및 액화에 적합한 임의의 교환기일 수 있다. 코일 권취식 열 교환기는 천연 가스 액화를 위한 최신 기술의 교환기이며, 프로세스 및 따뜻한 냉매 스트림를 유동시키기 위한 복수의 나선형 권취식 튜브 및 차가운 냉매 스트림을 유동시키기 위한 쉘 공간을 포함하는 적어도 하나의 튜브 다발을 포함한다.
도 2는 WMR 압축 시스템(211)의 상세를 나타낸다. 따뜻한 저압 WMR 스트림(210)에 존재하는 임의의 액체는 상 분리기(도시되지 않음)를 통과함으로써 제거되고, 상 분리기로부터의 증기 스트림은 저압 WMR 압축기(212)에서 압축되어 중압 WMR 스트림(213)을 생성하고, 중압 WMR 스트림(213)은 저압 WMR 애프터 쿨러(214)에서 냉각되어 냉각된 중압 WMR 스트림(215)을 생성한다. 저압 WMR 애프터 쿨러(214)는 완열기 및 응축기와 같은 다수의 열 교환기를 추가로 포함할 수 있다. 냉각된 중압 WMR 스트림(215)은 2 상일 수 있고 WMR 증기(WMRV) 스트림(217) 및 WMR 액체(WMRL) 스트림(218)을 생성하기 위해 WMR 상 분리기(216)로 보내질 수 있다. WMRV 스트림(217)은 고압 WMR 압축기(221)에서 압축되어 고압 WMR 스트림(222)을 생성하고, 고압 WMR 완열기(223)에서 냉각되어 완열된 고압 WMR 스트림(224)을 생성한다. WMRL 스트림(218)은 펌핑되어, 완열된 고압 WMR 스트림(224)에 상당하는 압력에서 펌핑된 WMRL 스트림(220)을 생성한다. 펌핑된 WMRL 스트림(220) 및 완열된 고압 WMR 스트림(224)은 혼합되어 혼합된 고압 WMR 스트림(225)을 생성하며, 이는 고압 WMR 응축기(226)에서 냉각되어 압축된 WMR 스트림(232)을 생성한다. 혼합된 고압 WMR 스트림(225)은 증기 분율이 약 0.5 인 2 상이다.
고압 WMR 응축기(226)는 플레이트 및 핀 열 교환기 또는 납땜 알루미늄 열 교환기일 수 있으며, 2 상 유입 흐름을 처리하도록 설계되어야 한다. 그렇게 함에 있어서 도전 과제 중 하나는 액체상 및 증기상이 고압 WMR 응축기(226)에 불균일하게 분배된다는 것이다. 결과적으로, 압축된 WMR 스트림(232)은 완전히 응축되지 않을 가능성이 있으며, 이는 결국 예냉 및 액화 공정에 대한 프로세스 효율을 감소시킨다는 것을 의미한다. 또한, 2 유입의 열 교환기는 작동상의 도전 과제를 수반할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 하나의 접근법은 고압 WMR 응축기(226)의 설계에서 액체 및 증기의 부정확한 분배를 보상하고, 부정확한 분배없이 그 경우에서보다 상당히 더 크도록 설계하여 압축된 WMR 스트림(232)이 완전히 압축되게 하는 것이다. 그러나 이 방법과 관련된 두 가지 단점이 있다. 하지만, 이러한 방법과 관련하여 2가지 단점이 있다. 첫째, 응축기에서의 부정확한 분배의 정도가 예측될 수 없으므로, 이 방법은 다소 임의적이며 압축된 WMR 스트림(232)에서 비제로 증기 분율을 초래할 수 있다. 둘째, 이 방법은 결과적으로 자본 비용 및 플롯 공간을 증가시키며, 이는 바람직하지 않다.
이러한 문제를 해결하기 위한 또 다른 해결책은 예냉 열 교환기(260)의 개별 튜브 회로에서 WMRL 스트림(218) 및 압축 WMR 스트림(232)을 거의 동일한 예냉 온도로 냉각시키는 것이다. 각각의 냉각된 스트림은 별도의 팽창 디바이스(제1 WMR 팽창 디바이스(237)와 유사함) 양단에서 압력 강하되어 예냉 열 교환기(260)로 쉘측 냉매로서 보내진다. 대안적으로, 냉각된 스트림은 결합되어 공통 팽창 디바이스에서 압력 강하될 수 있다. 이러한 접근법은 고압 WMR 응축기(226)에서 2 상 유입의 문제를 제거하지만, 액화 프로세스의 전체 효율을 감소시키며, 경우에 따라 도 2에 비해 효율이 최대 4% 더 낮아진다. 또한, 이러한 해결책은 코일 권취식 열 교환기 내에 추가의 튜브 회로 또는 플레이트 및 핀 열 교환기 내의 추가 통로를 의미하며, 이는 자본 비용을 증가시킨다.
다른 해결책은 펌핑된 WMRL 스트림(220)과 혼합하기 전에 완열된 고압 WMR 스트림(224)을 완전히 응축시키는 것을 포함한다. 이 방법은 또한 예냉 열 교환기(260)의 튜브 회로에서 혼합된 스트림을 냉각시키는 것을 포함한다. 하지만, 이 방법은 별도의 튜브 회로가 있는 이전의 해결책에서 설명한 것과 동일한 단점이 있다.
다른 해결책은 예냉 열 교환기(260)를 따뜻한 섹션 및 차가운 섹션의 2 개의 섹션으로 분할하는 것을 포함한다. 코일 권취식 열 교환기의 경우에, 따뜻한 섹션 및 차가운 섹션은 예냉 열 교환기(260) 내의 별도의 튜브 다발일 수 있다. WMRL 스트림(218)은 예냉 열 교환기(260)의 따뜻한 섹션 내의 별도의 튜브 회로에서 냉각되고, 팽창 디바이스 양단에서 감압되며, 그리고 쉘측 냉매로 리턴되어 따뜻한 섹션에 냉동을 제공한다. 압축된 WMR 스트림(232)은 예냉 열 교환기(260)의 따뜻한 섹션 및 차가운 섹션 내의 별도의 튜브 회로에서 냉각되고, 팽창 디바이스 양단에서 감압되며, 그리고 쉘측 냉매로 리턴되어 따뜻한 섹션 및 차가운 섹션에 냉동을 제공한다. 이러한 배열은 도 2와 비교하여 2 상 유입의 문제를 제거하고 또한 액화 공정의 전체 효율을 향상시킨다. 그러나, 이것은 결과적으로 예냉 열 교환기를 다수의 섹션으로 분할함으로써 자본 비용을 상당히 증가시키며, 종종 바람직한 것은 아니다.
응축기에서 2 상 유입을 제거하고, 동시에 설비의 자본 비용을 크게 증가시키지 않는 신뢰성 있고 효율적인 해결책이 요구된다. 본 발명은 고압 WMR 응축기(226)로의 2 상 유입구를 제거하고 WMR 펌프(268)를 제거하여 자본 비용을 감소시키고 DMR 공정의 조작성 및 설계를 향상시키는 신규한 WMR 구성을 제공한다. 본 발명은 또한 다수 성분의 냉매를 포함하는 임의의 냉각, 액화 또는 과냉각 공정에도 적용될 수 있다.
양태 1: 냉각 열 교환기에서 제1 냉매 스트림과의 간접적인 열 교환에 의한 탄화수소 공급물 스트림을 냉각시키는 방법으로서, 그 방법은 다음을 포함한다:
a) 따뜻한 저압 제1 냉매 스트림을 하나 이상의 압축단에서 압축하여 압축된 제1 냉매 스트림을 생성하는 단계;
b) 압축된 제1 냉매 스트림을 하나 이상의 냉각 유닛에서 냉각하여 압축 냉각된 제1 냉매 스트림을 생성하는 단계;
c) 압축 냉각된 제1 냉매 스트림을 제1 증기-액체 분리 디바이스로 도입하여 제1 증기 냉매 스트림 및 제1 액체 냉매 스트림을 생성하는 단계;
d) 상기 제1 액체 냉매 스트림을 냉각 열 교환기로 도입하는 단계;
e) 제1 액체 냉매 스트림을 냉각 열 교환기에서 냉각하여 냉각된 액체 냉매 스트림을 생성하는 단계;
f) 냉각된 액체 냉매 스트림을 팽창시켜 차가운 냉매 스트림을 생성하고, 차가운 냉매 스트림을 냉각 열 교환기로 도입하여 탄화수소 공급물 스트림, 제1 액체 냉매 스트림 및 제2 냉매 스트림을 냉각시키는데 필요한 냉동 듀티를 제공하는 단계;
g) 제1 증기 냉매 스트림을 하나 이상의 압축단에서 압축하여 압축된 증기 냉매 스트림을 생성하는 단계;
h) 압축된 증기 냉매 스트림을 냉각 및 응축하여 압축된 냉매 스트림을 생성하는 단계;
i) 응축된 냉매 스트림을 팽창시켜 팽창된 냉매 스트림을 생성하는 단계;
j) 팽창된 냉매 스트림을 제1 증기-액체 분리 디바이스 내로 도입하는 단계;
k) 제2 냉매 스트림을 냉각 열 교환기로 도입하는 단계;
l) 탄화수소 공급물 스트림을 냉각 열 교환기에 도입하는 단계; 및
m) 탄화수소 공급물 스트림을 냉각 열 교환기에서 냉각하여 냉각된 탄화수소 스트림을 생성하고; 그리고 냉각된 탄화수소 스트림을 주 열 교환기에서 추가로 냉각 및 액화시켜 액화된 탄화수소 스트림을 생성하는 단계.
양태 2: 단계 (i)는 팽창된 냉매 스트림을 제1 증기-액체 분리 디바이스의 상류에서 압축 냉각된 제1 냉매 스트림과 혼합함으로써 팽창된 냉매 스트림을 제1 증기-액체 분리 디바이스로 도입하는 단계를 포함하는, 양태 1의 방법.
양태 3: 상기 냉각 열 교환기에서 냉각되는 유일한 제1 냉매 스트림은 제1 액체 냉매 스트림인, 양태 1 또는 양태 2의 방법.
양태 4:
단계 (e)는 냉각 열 교환기의 제1 튜브 회로를 통해 제1 냉매 스트림을 통과시킴으로써 냉각 열 교환기 내에서 제1 액체 냉매 스트림을 냉각시키는 단계를 추가로 포함하며, 상기 냉각 열 교환기는 코일 권취된 열 교환기이고;
단계 (m)은 냉각 열 교환기의 제2 튜브 회로를 통해 탄화수소 공급물 스트림을 통과시킴으로써 냉각 열 교환기에서 탄화수소 공급물 스트림을 냉각하는 단계를 추가로 포함하며; 그리고
단계 (f)는 차가운 냉매 스트림을 냉각 열 교환기의 쉘측으로 도입하는 단계를 추가로 포함하는, 양태 1 내지 양태 3 중 어느 것의 방법.
양태 5:
n) 제2 냉매 스트림을 냉각 열 교환기에서 냉각하여 냉각된 제2 냉매 스트림을 생성하는 단계;
o) 냉각된 제2 냉매 스트림을 주 열 교환기에서 추가 냉각하여 추가 냉각된 제2 냉매 스트림을 생성하는 단계;
p) 추가 냉각된 제2 냉매 스트림을 팽창시켜 팽창된 제2 냉매 스트림을 생성하는 단계;
q) 팽창된 제2 냉매 스트림을 주 열 교환기로 리턴시키는 단계; 및
r) 상기 냉각된 탄화수소 스트림을 주 열 교환기에서 팽창된 제2 냉매 스트림과의 간접적인 열 교환에 의해 추가로 냉각 및 응축하여 액화된 탄화수소 스트림을 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 양태 1 내지 양태 4 중 어느 것의 방법.
양태 6: 단계 (d)를 수행하기 전에, 제1 액체 냉매 스트림의 적어도 일부를 제1 열 교환기에서 팽창된 냉매 스트림의 적어도 일부와의 간접적인 열 교환에 의해 냉각하는 단계를 추가로 포함하는, 양태 1 내지 양태 5 중 어느 것의 방법.
양태 7: 단계 (I)를 수행하기 전에 제1 열 교환기에서 탄화수소 공급물 스트림의 적어도 일부를 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는, 양태 6의 방법.
양태 8: 단계 (k)를 수행하기 전에 제1 열 교환기에서 제2 냉매 스트림의 적어도 일부를 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는, 양태 6 내지 양태 7 중 어느 것의 방법.
양태 9:
k) 팽창된 냉매 스트림을 제2 증기-액체 분리 디바이스로 도입하여 제2 증기 냉매 스트림 및 제2 액체 냉매 스트림을 생성하는 단계;
l) 제2 증기 냉매 스트림을 제1 증기-액체 분리 디바이스 내로 도입하는 단계;
m) 단계 (d)에서 제1 액체 냉매 스트림을 냉각 열 교환기에서 냉각하기 전에 제1 액체 냉매 스트림을 제1 열 교환기에서 제2 액체 냉매 스트림과의 간접적인 열 교환에 의해 냉각시키는 단계; 및
n) 단계 (m)을 수행한 후, 제2 액체 냉매 스트림을 제1 증기-액체 분리 디바이스로 도입하는 단계를 추가로 포함하는, 양태 1 내지 양태 8 중 어느 것의 방법.
양태 10; 제2 증기 냉매 스트림 및 제2 액체 냉매 스트림은 제1 증기-액체 분리 디바이스의 상류에서 단계 (b)의 압축 냉각된 제1 냉매 스트림과, 제2 증기 냉매 스트림 및 제2 액체 냉매 스트림을 제1 증기-액체 분리 디바이스로 도입하기 이전에 혼합되는, 양태 9의 방법.
양태 11: 단계 (c)는 압축 냉각된 제1 냉매 스트림을 혼합 컬럼을 포함하는 제1 증기-액체 분리 디바이스로 도입하여 제1 증기 냉매 스트림 및 제1 액체 냉매 스트림을 생성하는 단계를 포함하는, 양태 1 내지 양태 10 중 어느 것의 방법.
양태 12: 압축 냉각된 제1 냉매 스트림은 혼합 컬럼의 상부단에서 또는 그 상부에서 혼합 컬럼으로 도입되고 팽창된 제1 냉매 스트림은 혼합 컬럼의 하부단에서 또는 그 아래에서 혼합 컬럼으로 도입되는, 양태 11의 방법.
양태 13: 탄화수소 공급물 스트림이 천연 가스인, 양태 1 내지 양태 12 중 어느 것의 방법.
양태 14: 응축된 냉매 스트림이 완전히 응축되는, 양태 1 내지 양태 12 중 어느 것의 방법.
양태 15: 단계 a) 및 단계 c)가,
a) 제1 조성물을 갖는 따뜻한 저압 제1 냉매 스트림을 하나 이상의 압축단에서 압축하여 압축된 제1 냉매 스트림을 생성하는 단계;
c) 압축 냉각된 제1 냉매 스트림을 제1 증기-액체 분리 디바이스로 도입하여 제1 증기 냉매 스트림 및 제1 액체 냉매 스트림을 생성하는 단계로서, 제1 증기 냉매 스트림은 제2 조성물을 가지며, 제2 조성물은 (몰 기준으로) 에탄보다 가벼운 성분의 비율이 제1 조성물보다 높은, 상기 제1 증기 냉매 스트림 및 제1 액체 냉매 스트림을 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 양태 1 내지 양태 14 중 어느 것의 방법.
양태 16: 단계 a)는:
a) 따뜻한 저압 제1 냉매 스트림을 하나 이상의 압축단에서 압축하여 압축된 제1 냉매 스트림을 생성하는 단계로서, 따뜻한 저압 제1 냉매 스트림은 에탄보다 가벼운 성분이 10% 미만으로 이루어지는 제1 조성물을 갖는, 상기 압축된 제1 냉매 스트림을 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 양태 1 내지 양태 15 중 어느 것의 방법.
양태 17: 단계 c)는:
c) 압축 냉각된 제1 냉매 스트림을 제1 증기-액체 분리 디바이스로 도입하여 제1 증기 냉매 스트림 및 제1 액체 냉매 스트림을 생성하는 단계로서, 제1 증기 냉매 스트림은 에탄보다 가벼운 성분이 20% 미만으로 이루어지는 제2 조성물을 갖는, 상기 제1 증기 냉매 스트림 및 제1 액체 냉매 스트림을 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 양태 1 내지 양태 16 중 어느 것의 방법.
양태 18: 탄화수소 공급물 스트림의 냉각 장치로서,
제1 탄화수소 공급 회로, 제1 냉매 회로, 제2 냉매 회로, 제1 냉매 회로의 상류 단부에 위치하는 제1 냉매 회로 유입구, 제1 냉매 회로의 하류 단부에 위치하는 제1 압력 강하 디바이스, 및 압력 강하 디바이스로부터 하류에서 그와 유체 연통하는 팽창된 제1 냉매 도관을 포함하는 냉각 열 교환기로서, 냉각 열 교환기는 탄화수소 공급 스트림이 제1 탄화수소 공급 회로를 통해 흐를 때 차가운 냉매 스트림에 대한 간접적인 열 교환에 의해 탄화수소 공급 스트림을 냉각하도록 동작적으로 구성되고, 이로써 예냉된 탄화수소 공급 스트림, 제1 냉매 회로를 통해 흐르는 제1 냉매, 및 제2 냉매 회로를 통해 흐르는 제2 냉매를 생성하는, 상기 냉각 열 교환기; 및
압축 시스템을 포함하고,
상기 압축 시스템은:
상기 냉각 열 교환기의 하부 단부 및 제1 압축기와 유체 연통하는 따뜻한 저압 제1 냉매 도관;
상기 제1 압축기로부터 하류에서 그와 유체 연통하는 제1 애프터 쿨러;
제1 애프터 쿨러로부터 하류에서 그와 유체 연통하는 제1 유입구, 제1 증기-액체 분리 디바이스의 상반부에 위치된 제1 증기 배출구, 제1 증기-액체 분리 디바이스의 하반부에 위치된 제1 액체 배출구를 갖는 제1 증기-액체 분리 디바이스로서, 제1 액체 배출구는 제1 냉매 회로 유입구로부터 상류에서 그와 유체 연통하는, 상기 제1 증기-액체 분리 디바이스;
제1 증기 배출구로부터 하류에서 그와 유체 연통하는 제2 압축기;
상기 제2 압축기로부터 하류에서 그와 유체 연통하는 응축기; 및
상기 응축기로부터 하류에서 그와 유체 소통하는 제2 압력 강하 디바이스로서, 제2 압력 강하 디바이스는 제1 증기-액체 분리 디바이스로부터 상류에서 그와 유체 연통하여, 제2 압력 강하 디바이스를 통해 흐르는 모든 유체가 냉각 열 교환기로 흐르기 전에 제1 증기-액체 분리 디바이스를 통해 흐르는, 상기 제2 압력 강하 디바이스를 포함하는, 탄화수소 공급물 스트림의 냉각 장치.
양태 19:
냉각 열 교환기의 제1 탄화수소 회로로부터 하류에서 그와 유체 연통되는 제2 탄화수소 회로를 갖는 주 열교환기를 추가로 포함하며, 주 열 교환기는 예냉된 탄화수소 공급물 스트림을 제2 냉매에 대한 간접적인 열 교환에 의해 적어도 부분적으로 액화하도록 동작적으로 구성되는, 양태 18의 장치.
양태 20:
제2 열 교환 회로에 대해 간접적인 열 교환을 제공하도록 동작적으로 구성되는 제1 열 교환 회로를 갖는 제1 열 교환기를 추가로 포함하고, 제1 열 교환 회로는 제2 압력 강하 디바이스로부터 하류에서 그와 유체 연통되고 제2 열 교환 회로는 제1 액체-증기 분리 디바이스의 제1 액체 배출구로부터 하류에서 그와 유체 연통되는, 양태 18 또는 양태 19의 장치.
양태 21:
제2 압력 강하 디바이스로부터 하류에서 그와 유체 연통하는 제 3 배출구, 제2 증기-액체 분리 디바이스의 상반부에 위치된 제2 증기 배출구, 제2 증기-액체 분리 디바이스의 하반부에 위치된 제2 액체 배출구를 갖는 제2 증기-액체 분리 디바이스로서, 제1 액체 배출구는 제1 열 교환기의 제1 열 교환 회로로부터 상류에서 그와 유체 연통되는, 상기 제2 증기-액체 분리 디바이스를 추가로 포함하는, 양태 18 내지 양태 20 중 어느 것의 장치.
양태 22: 제1 열 교환기는 제 3 열 교환 회로 및 제 4 열 교환 회로를 추가로 포함하며, 제 3 열 교환 회로는 제2 냉매 회로로부터 상류에서 그와 유체 연통되고, 제 4 열 교환 회로는 제1 탄화수소 공급 회로로부터 상류에서 그와 유체 연통되고, 제1 열 교환기는 제1 열 교환 회로에 대해 제2 열 교환 회로, 제 3 열 교환 회로, 및 제 4 열 교환 회로를 통해 흐르는 유체를 냉각하도록 동작적으로 구성되는, 양태 18 내지 양태 21 중 어느 것의 장치.
양태 23: 제1 증기-액체 분리 디바이스는 혼합 컬럼인, 양태 18 내지 양태 22 중 어느 것의 장치.
양태 24: 제1 액체-증기 분리 디바이스의 제1 유입구는 혼합 컬럼의 상부단에 위치하고, 제1 액체 증기 분리 디바이스의 제2 유입구는 혼합 컬럼의 하부단에 위치하는, 양태 23의 장치.
양태 25: 냉각 열 교환기는 코일 권취식 열 교환기인, 양태 18 내지 양태 24 중 어느 것의 장치.
양태 26: 제2 압축기로부터 하류에서 그와 유체 연통되고, 그리고 응축기로부터 상류에서 그와 유체 연통되는 완열기를 추가로 포함하는, 양태 18 내지 양태 25 중 어느 것의 장치.
양태 27: 제1 냉매는 제1 혼합 냉매로 이루어지는, 양태 18 내지 양태 26 중 어느 것의 장치.
양태 28: 제2 냉매는 제1 혼합 냉매와 다른 조성물을 갖는 제2 냉매로 이루어지는, 양태 18 내지 양태 27 중 어느 것의 장치.
도 1은 종래 기술에 따른 DMR 시스템의 개략적인 흐름도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 DMR 시스템의 예냉 시스템의 개략적인 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 제1 의 예시적인 실시형태에 따른 DMR 시스템의 예냉 시스템의 개략적인 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 제2 의 예시적인 실시형태에 따른 DMR 시스템의 예냉 시스템의 개략적인 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제 3 의 예시적인 실시형태에 따른 DMR 시스템의 예냉 시스템의 개략적인 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제 4 의 예시적인 실시형태에 따른 DMR 시스템의 예냉 시스템의 개략적인 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 제 5 의 예시적인 실시형태에 따른 DMR 시스템의 예냉 시스템의 개략적인 흐름도이다.
후속하는 상세한 설명은 단지 바람직한 예시적인 실시형태를 제공하고 청구된 본 발명의 범위, 적용 또는 구성을 제한하려는 것이 아니다. 오히려, 바람직한 예시적인 실시형태의 후속하는 상세한 설명은 청구된 본 발명의 바람직한 예시적인 실시형태를 구현하기 위한 가능하게 하는 설명을 당업자에게 제공할 것이다. 청구된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 엘리먼트의 기능 및 배열에 다양한 변경이 가해질 수 있다.
도면과 관련하여 명세서에 도입되는 참조 번호들은 다른 특징들에 대한 문맥을 제공하기 위해 명세서에서 추가적인 설명없이 하나 이상의 후속하는 도면들에서 반복될 수 있다.
명세서 및 청구 범위에서 사용되는 용어 "유체 연통"은 액체, 증기 및/또는 2 상 혼합물이 직접 또는 간접적으로 제어된 방식(즉, 누설없이)으로 컴포넌트 사이에서 수송될 수 있게 하는 2 개 이상의 컴포넌트 간의 연결성을 지칭한다. 서로 유체 연통되도록 2 개 이상의 컴포넌트를 커플링하는 것은 용접, 플랜지 도관, 개스킷 및 볼트의 사용과 같은 당업계에 공지된 임의의 적합한 방법을 포함할 수 있다. 2 개 이상의 컴포넌트는 또한 이들을 분리할 수 있는 시스템의 다른 컴포넌트, 예컨대 밸브, 게이트 또는 유체 흐름을 선택적으로 제한하거나 지시할 수 있는 다른 디바이스를 통해 함께 커플링될 수 있다.
명세서 및 청구 범위에서 사용되는 용어 "도관"은 유체가 시스템의 2 개 이상의 컴포넌트 사이에서 수송될 수 있는 하나 이상의 구조체를 지칭한다. 예를 들어, 도관은 액체, 증기 및/또는 가스를 수송하는 파이프, 덕트, 통로 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
명세서 및 청구 범위에서 사용되는 용어 "천연 가스"는 주로 메탄으로 이루어진 탄화수소 가스 혼합물을 의미한다.
명세서 및 청구 범위에서 사용되는 용어 "탄화수소 가스" 또는 "탄화수소 유체"는 적어도 하나의 탄화수소를 포함하는 가스/유체를 의미하고, 그 경우 탄화수소는 가스/유체의 전체 조성물의 적어도 80%, 보다 바람직하게는 적어도 90%를 포함한다.
명세서 및 청구 범위에서 사용되는 용어 "혼합 냉매"("MR"로 약칭됨)는 적어도 2 개의 탄화수소를 포함하고, 탄화수소가 냉매의 전체 조성물의 적어도 80%를 포함하는, 유체를 의미한다.
명세서 및 청구 범위에서 사용되는 용어 "무거운 혼합 냉매"는 적어도 에탄만큼 무거운 탄화수소가 MR의 전체 조성물의 적어도 80%를 포함하는 MR을 의미한다. 바람직하게, 적어도 부탄만큼 무거운 탄화수소는 혼합 냉매의 전체 조성물의 적어도 10% 를 포함한다.
용어 "다발" 및 "튜브 다발"은 본 출원 내에서 상호교환하여 사용되며 동의어인 것으로 의도된다.
명세서 및 청구 범위에서 사용되는 용어 "주변 유체"는 주위 압력 및 온도에서 또는 그 근처에서 시스템에 제공되는 유체를 의미한다.
청구 범위에서, 청구된 단계를 식별하기 위해 문자가 사용된다(예를 들어, (a), (b) 및 (c)). 이 문자는 방법 단계를 지칭하는데 도움되기 위해 사용되며 청구된 단계가 수행되는 순서를 나타내려는 의도는 아니지만, 그러한 순서가 청구 범위에 구체적으로 언급되지 않는 그러한 경우에만 해당된다.
방향 용어는 본 발명의 부분(예를 들어, 상부, 하부, 좌측, 우측 등)을 설명하기 위해 명세서 및 청구 범위에서 사용될 수 있다. 이들 방향성 용어는 단지 예시적인 실시형태를 설명하는데 도움을 주기 위한 것이며, 청구된 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본원에 사용되는 바와 같이, "상류"라는 용어는 설명되는 시스템의 정상 작동 중에 기준 지점으로부터의 도관 내의 유체의 흐름 방향이 반대인 방향을 의미하는 것으로 의도된다. 유사하게, "하류"라는 용어는 설명되는 시스템의 정상 작동 중에 기준 지점으로부터의 도관 내의 유체의 흐름 방향과 동일한 방향을 의미하는 것으로 의도된다.
명세서 및 청구 범위에서 사용되는 바와 같이, 용어 "고-고", "고", "중" 및 "저"는 이들 용어가 사용되는 엘리먼트의 특성에 대한 상대 값을 표현하기 위한 것이다. 예를 들어, 고-고압 스트림은 본원에 기재되거나 청구된 상응하는 고압 스트림 또는 중압 스트림 또는 저압 스트림보다 높은 압력을 갖는 스트림을 나타내는 것으로 의도된다. 유사하게, 고압 스트림은 명세서 또는 청구 범위에 기재된 대응하는 중압 스트림 또는 저압 스트림보다 높은 압력을 갖지만, 본원에 기재된 또는 청구된 상응하는 고-고압 스트림보다 낮은 스트림을 나타내는 것으로 의도된다. 유사하게, 중압 스트림은 명세서 또는 청구 범위에 기재된 대응하는 저압 스트림보다 높은 압력을 갖지만, 본원에 기재된 또는 청구된 상응하는 고압 스트림보다 낮은 스트림을 나타내는 것으로 의도된다.
본원에서 달리 언급되지 않는 한, 명세서, 도면 및 청구 범위에서 식별된 임의의 모든 백분율은 중량 퍼센트 기준으로 이해되어야 한다. 본원에서 달리 언급되지 않는 한, 명세서, 도면 및 청구 범위에서 식별된 임의의 모든 압력은 게이지 압력을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "한제(cryogen)" 또는 "극저온 유체(cryogenic fluid)"는 -70℃ 미만의 온도를 갖는 액체, 기체 또는 혼합상 유체를 의미하는 것으로 의도된다. 한제의 예로는 액체 질소(LIN), 액화 천연 가스(LNG), 액체 헬륨, 액체 이산화 탄소 및 가압 혼합상 한제(예를 들어, LIN과 기체 질소의 혼합물)를 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "극저온"은 -70℃ 미만의 온도를 의미하는 것으로 의도된다.
본 명세서에서 달리 언급되지 않는 한, 한 위치에 스트림을 도입한다는 것은 그 위치에서 실질적으로 모든 상기 스트림을 도입하는 것을 의미하는 것으로 의도된다. 명세서에서 논의되고 도면에 도시된 모든 스트림(정상 작동 중에 유체 흐름의 전체 방향을 나타내는 화살표를 갖는 선으로 통상적으로 나타냄)은 상응하는 도관 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 각 도관은 적어도 하나의 유입구와 적어도 하나의 배출구를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 각각의 장비 피스는 적어도 하나의 유입구 및 적어도 하나의 배출구를 갖는 것으로 이해되어야 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태를 도시한다. 따뜻한 저압 WMR 스트림(310)에 존재하는 임의의 액체는 상 분리기(도시되지 않음)를 통과함으로써 제거되고, 상 분리기로부터의 증기 스트림은 저압 WMR 압축기(312)에서 압축되어 중압 WMR 스트림(313)을 생성하고, 중압 WMR 스트림(313)은 저압 WMR 애프터 쿨러(314)에서 냉각되어 냉각된 중압 WMR 스트림(315)을 생성한다. 저압 WMR 애프터 쿨러(314)는 완열기 및 응축기와 같은 다수의 열 교환기를 추가로 포함할 수 있다. 냉각된 중압 WMR 스트림(315)은 2 상일 수 있고 WMRV 스트림(317) 및 WMRL 스트림(318)을 생성하기 위해 WMR 상 분리기(316)로 보내질 수 있다. WMRL 스트림(318)은 예냉 열 교환기(360)의 튜브 회로에서 추가 냉각되어 추가 냉각된 WMRL 스트림(319)을 생성하고, 추가 냉각된 WMRL 스트림(319)은 제1 WMR 팽창 디바이스(337) 양단에서 압력 강하되어 팽창된 WMR 스트림(335)을 생성하고, 팽창된 WMR 스트림(335)은 이후 쉘측 냉매로서 예냉 교환기(360)로 리턴된다. 전처리된 공급물 스트림(301)은 예냉 열 교환기(360)에서 예냉되어 예냉된 천연 가스 스트림(302)을 생성한다.
WMRV 스트림(317)은 고압 WMR 압축기(321)에서 압축되어 고압 WMRV 스트림(322)을 생성하고, 고압 WMRV 스트림(322)은 고압 WMR 완열기(323)에서 냉각되어 냉각된 고압 MRV 스트림(324)을 생성하고, 냉각된 고압 MRV 스트림(324)은 고압 WMR 응축기(326)에서 추가 냉각 및 응축되어 응축된 고압 WMR 스트림(327)을 생성하며, 이는 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히 응축된다. 따뜻한 저압 WMR 스트림(310)은 천연 가스 스트림을 예냉하는데 사용되기 때문에, 질소 및 메탄과 같은 낮은 농도의 가벼운 성분을 가지며, 주로 에탄 및 보다 무거운 성분을 포함한다. 따뜻한 저압 WMR 스트림(310)은 10% 미만의 에탄보다 가벼운 성분, 바람직하게는 5% 미만의 에탄보다 가벼운 성분, 보다 바람직하게는 2% 미만의 에탄보다 가벼운 성분을 포함할 수 있다. 가벼운 성분은 WMRV 스트림(317)에서 축적되며, 이는 20% 미만의 에탄보다 가벼운 성분, 바람직하게는 15% 미만의 에탄보다 가벼운 성분, 보다 바람직하게는 10% 미만의 에탄보다 가벼운 성분을 포함할 수 있다. 따라서, 매우 높은 압력으로 압축할 필요없이 완전히 응축된 고압 WMR 스트림(327)을 생성하기 위해 WMRV 스트림(317)을 완전히 응축시키는 것이 가능하다. 고압 WMRV 스트림(322)은 450 psia(31 bara) 내지 700 psia(48 bara)의 압력, 바람직하게는 500 psia(34 bara) 내지 650 psia(45 bara)의 압력일 수 있다. 예냉 열 교환기(360)가 천연 가스를 완전히 액화시키는데 사용되는 액화 열 교환기라면, 따뜻한 저압 WMR 스트림(310)은 더 높은 농도의 질소 및 메탄을 가지므로 응축된 고압 WMR 스트림(327)이 완전히 응축되도록 하기 위해 고압 WMRV 스트림(322)의 압력은 더 높아야 한다. 이것이 달성될 수 없기 때문에, 응축된 고압 WMR 스트림(327)은 완전히 응축되지 않으며 별도로 액화될 필요가 있는 상당한 증기 농도를 포함할 것이다.
응축된 고압 WMR 스트림(327)은 제2 WMR 팽창 디바이스(328)에서 압력 강하되어 냉각된 중압 WMR 스트림(315)과 거의 동일한 압력에서 팽창된 고압 WMR 스트림(329)을 생성하고, 이 압력은 200 psia(14 bara) 내지 400 psia(28 bara)이며, 바람직하게는 300 psia(21 bara) 내지 350 psia(24 bara)이다. 팽창된 고압 WMR 스트림(329)은 -10 ℃ 내지 20 ℃, 바람직하게는 -5 ℃ 내지 5 ℃의 온도일 수 있다. 팽창된 고압 WMR 스트림(329)은 0.1 내지 0.6, 바람직하게는 0.2 내지 0.4의 증기 분율을 가질 수 있다. 상기 스트림의 조건은 주위 온도 및 작동 조건에 따라 달라질 것이다. 팽창된 고압 WMR 스트림(329)은 WMR 상 분리기(316)로 리턴된다.
대안으로, 예를 들어 냉각된 중압 WMR 스트림(315)과 혼합함으로써 팽창된 고압 WMR 스트림(329)은 WMR 상 분리기(316)의 상류 위치(도 3에서 점선(329a)으로 도시됨)로 리턴될 수 있다. 제1 WMR 팽창 디바이스(337) 및 제2 WMR 팽창 디바이스(328)는 수력 터빈, 줄-톰슨(J-T) 밸브, 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 적절한 팽창 디바이스일 수 있다.
종래 기술에 대한 도 3에 도시된 실시형태의 이점은, 고압 WMR 응축기(326)가 기상 유입구용으로만 설계될 필요가 있다는 것이다. 이는 응축기의 임의의 설계 문제를 없애고 잠재적 증기-액체 분배 문제를 완화하는 것을 돕는다. 대안으로, 도 3에 도시된 구성은 종래 기술의 도 2에 도시된 WMR 펌프(268)를 제거하고, 이로써 LNG 시설의 자본 비용, 장비 카운트 및 풋프린트를 줄인다.
도 3에 대한 대안은 이젝터/이덕터의 사용을 포함하며, 냉각된 중압 WMR 스트림(315) 및 응축된 고압 WMR 스트림(327)이 이덕터로 보내져, WMR 상 분리기(316)로 보내지는 2 상 스트림을 생성한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태를 도시한다. 도 4를 참조하면, 따뜻한 저압 WMR 스트림(410)에 존재하는 임의의 액체는 상 분리기(도시되지 않음)를 통과함으로써 제거되고, 상 분리기로부터의 증기 스트림은 저압 WMR 압축기(412)에서 압축되어 중압 WMR 스트림(413)을 생성하고, 중압 WMR 스트림(413)은 저압 WMR 애프터 쿨러(414)에서 냉각되어 냉각된 중압 WMR 스트림(415)을 생성한다. 저압 WMR 애프터 쿨러(414)는 완열기 및 응축기와 같은 다수의 열 교환기를 추가로 포함할 수 있다. 냉각된 중압 WMR 스트림(415)은 2 상일 수 있고 WMRV 스트림(417) 및 WMRL 스트림(418)을 생성하기 위해 WMR 상 분리기(416)로 보내질 수 있다.
WMRV 스트림(417)은 고압 WMR 압축기(421)에서 압축되어 고압 WMRV 스트림(422)을 생성하고, 고압 WMRV 스트림(422)은 고압 WMR 완열기(423)에서 냉각되어 냉각된 고압 MRV 스트림(424)을 생성하고, 냉각된 고압 MRV 스트림(424)은 고압 WMR 응축기(426)에서 추가 냉각 및 응축되어 응축된 고압 WMR 스트림(427)을 생성한다. 응축된 고압 WMR 스트림(427)은 제2 WMR 팽창 디바이스(428) 내의 압력을 강하하여 팽창된 고압 WMR 스트림(429)을 생성한다. 팽창된 고압 WMR 스트림(429)은 WMR 열 교환기(430)에서 가온되어 따뜻한 팽창된 고압 WMR 스트림(431)을 생성하고, 따뜻한 팽창된 고압 WMR 스트림(431)은 WMR 상 분리기(416)로 리턴된다. 제2 WMR 팽창 디바이스(428)는, 따뜻한 팽창된 고압 WMR 스트림(431)의 압력이 냉각된 중압 WMR 스트림(415)과 거의 동일하도록 조절된다.
WMRL 스트림(418)은 팽창된 고압 WMR 스트림(429)에 대해 WMR 열 교환기(430)에서 냉각되어 냉각된 WMR 스트림(433)을 생성한다. 따뜻한 팽창된 고압 WMR 스트림(431)은 -20 ℃ 내지 15 ℃, 바람직하게는 -10 ℃ 내지 0 ℃의 온도일 수 있다. 상기 스트림의 온도는 주위 온도 및 작동 조건에 따라 달라질 것이다.
냉각된 WMRL 스트림(433)은 예냉 열 교환기(460)의 튜브 회로에서 추가 냉각되어 추가 냉각된 WMRL 스트림(319)을 생성하고, 추가 냉각된 WMRL 스트림(319)은 제1 WMR 팽창 디바이스(437) 양단에서 압력 강하되어 팽창된 WMR 스트림(435)을 생성하고, 팽창된 WMR 스트림(435)은 이후 쉘측 냉매로서 예냉 교환기(460)로 리턴된다.
WMR 열 교환기(430)는 플레이트 및 핀, 브레이징된 알루미늄, 권취된 코일 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 적절한 유형의 열 교환기일 수 있다. WMR 열 교환기(430)는 또한 직렬 또는 병렬로 다수의 열 교환기를 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 실시형태는, 종래 기술에 대해 도 3의 모든 이점을 유지한다. 또한, 본 실시형태는 도 3에 도시된 공정의 공정 효율을 약 2 %만큼 향상시켜, 생성된 LNG와 동일한 양의 필요한 전력을 감소시킨다. 관찰된 효율의 증가는 주로 예냉 열 교환기 내로 보내지는 액체 스트림의 더 차가운 온도에 기인한다.
대안의 실시형태는, 열 교환기(430)가 (WMRL 스트림(418) 대신에) 팽창된 고압 WMR 스트림(429)과 WMRV 스트림(417) 사이에서 간접적인 열 교환을 제공하는 도 4의 변형예이다. 이 실시형태는 고압 WMR 압축기(421)의 흡입시 보다 차가운 조건을 초래한다.
추가 실시형태는, 열 교환기(430)가 팽창된 고압 WMR 스트림(429)과 냉각된 중압 WMR 스트림(415) 사이에서 간접적인 열 교환을 제공하는 도 4의 변형예이다. 이 실시형태는 고압 WMR 압축기(421) 및 냉각된 WMRL 스트림(433)의 유입구를 냉각을 초래한다.
팽창된 고압 WMR 스트림(429)은 2 상일 수 있다. 그러나, WMR 열 교환기(430)의 성능은 팽창된 고압 WMR 스트림(429)에 통상적으로 존재하는 증기의 양이 적기 때문에 크게 영향받지 않을 것으로 예상된다. 증기의 다량이 팽창된 고압 WMR 스트림(429)에 존재하는 시나리오에서는, 도 5는 대안의 실시형태를 제공한다.
도 5를 참조하면, 팽창된 고압 WMR 스트림(529)은 제2 WMR 상 분리기(538)로 보내져 제2 WMRV 스트림(539) 및 제2 WMRL 스트림(536)을 생성한다. 제2 WMRV 스트림(539)은 WMR 위상 분리기(516)로 리턴된다. 제2 WMR 팽창 디바이스(528)는, 제2 MRV 스트림(539)이 냉각된 중압 WMR 스트림(515)과 거의 동일한 압력이 되도록 조정된다.
제2 WMR 스트림(536)은 WMR 열 교환기(530)에서 가온되어 따뜻한 팽창된 고압 WMR 스트림(531)을 생성하고, 따뜻한 팽창된 고압 WMR 스트림(531)은 WMR 상 분리기(516)로 리턴된다. 대안으로, 따뜻한 팽창된 고압 WMR 스트림(531)은 WMR 상 분리기(516)로부터 상류로(도 5에서 점선(531a)으로 도시됨) 냉각된 중압 WMR 스트림(515)과 혼합될 수 있다. WMR 상 분리기(516)로부터의 WMRL 스트림(518)은 제2 WMRL 스트림(536)에 대해 WMR 열 교환기(530)에서 냉각되어 냉각된 WMR 스트림(533)을 생성한다. 냉각된 WMRL 스트림(533)은 예냉 열 교환기(560)의 튜브 회로에서 추가 냉각되어 추가 냉각된 WMRL 스트림(319)을 생성하고, 추가 냉각된 WMRL 스트림(319)은 제1 WMR 팽창 디바이스(537) 양단에서 압력 강하되어 팽창된 WMR 스트림(535)을 생성하고, 팽창된 WMR 스트림(535)은 이후 쉘측 냉매로서 예냉 교환기(560)로 리턴된다.
도 5에 개시된 실시형태는 도 4의 모든 이점을 보유한다. 그것은 추가 장비 피스를 포함하며, 제2 WMR 팽창 디바이스(528)로부터 높은 증기 흐름을 갖는 시나리오에 유용하다.
대안의 실시형태에서, 제2 WMRV 스트림(539)은, WMR 상 분리기(516)로 리턴되기 이전에 WMR 열 교환기(530)의 별도 통로를 통과하는 것에 의해 가온된다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태를 도시하고 있으며, 도 3의 변형예이다. 따뜻한 저압 WMR 스트림(610)은 저압 WMR 압축기(612)에서 압축되어 중압 WMR 스트림(613)을 생성하고, 중압 WMR 스트림(613)은 저압 WMR 애프터 쿨러(614)에서 냉각되어 냉각된 중압 WMR 스트림(615)을 생성한다. 저압 WMR 애프터 쿨러(614)는 완열기 및 응축기와 같은 다수의 열 교환기를 추가로 포함할 수 있다. 냉각된 중압 WMR 스트림(615)은 혼합 컬럼(655)의 상부단으로 보내어 혼합 컬럼(655)의 상부단으로부터의 WMRV 스트림(617) 및 혼합 컬럼(655)의 하부단으로부터의 WMRL 스트림(618)을 생성한다. WMRL 스트림(618)은 예냉 열 교환기(660)의 튜브 회로에서 추가 냉각되어 추가 냉각된 WMRL 스트림(319)을 생성하고, 추가 냉각된 WMRL 스트림(319)은 제1 WMR 팽창 디바이스(637) 양단에서 압력 강하되어 팽창된 WMR 스트림(635)을 생성하고, 팽창된 WMR 스트림(635)은 이후 쉘측 냉매로서 예냉 교환기(660)로 리턴된다.
WMRV 스트림(617)은 고압 WMR 압축기(621)에서 압축되어 고압 WMRV 스트림(622)을 생성하고, 고압 WMRV 스트림(622)은 고압 WMR 완열기(623)에서 냉각되어 냉각된 고압 MRV 스트림(624)을 생성하고, 냉각된 고압 MRV 스트림(624)은 고압 WMR 응축기(626)에서 추가 냉각 및 응축되어 응축된 고압 WMR 스트림(627)을 생성한다. 응축된 고압 WMR 스트림(627)은 제2 WMR 팽창 디바이스(628) 내의 압력을 강하하여 팽창된 고압 WMR 스트림(629)을 생성한다. 팽창된 고압 WMR 스트림(629)은 혼합 컬럼(655)의 하부단으로 리턴된다. 이러한 실시형태는 도 3의 모든 이점을 보유하며, 예냉 열 교환기로 보내지는 액체 스트림을 냉각시키기 때문에 도 3과 비교하여 더 높은 공정 효율을 초래한다.
혼합 컬럼(655)과 같은 혼합 컬럼은 증류 컬럼(당업계에서 분리 또는 분별 컬럼으로도 지칭됨)과 동일한 열역학 원리로 작동한다. 그러나, 혼합 컬럼(655)은 증류 컬럼의 반대 작업을 수행한다. 그것은 유체의 성분을 분리하는 대신에 복수의 평형 단계에서 유체를 가역적으로 혼합한다. 증류 컬럼과 달리, 혼합 컬럼의 상부는 하부보다 따뜻하다. 혼합 컬럼(655)은 패킹 및/또는 임의의 수의 트레이를 포함할 수 있다. 상부단은 혼합 컬럼(655)의 상부 트레이 또는 상부 섹션을 지칭한다. 하부단은 혼합 컬럼(655)의 하부 트레이 또는 하부 섹션을 지칭한다.
대안의 실시형태는 혼합 컬럼을 증류 컬럼으로 대체하는 것을 포함한다. 이 실시형태에서, 팽창된 고압 WMR 스트림(629)은 증류 컬럼의 상부단에 삽입되어 환류를 제공하는 반면, 냉각된 중압 WMR 스트림(615)은 컬럼의 하부단에 삽입된다. 추가적인 리보일러 듀티 또는 응축 듀티가 작용이 제공될 수 있다.
도 7에 도시된 실시형태는 도 4에 도시된 변형예이다. 이 실시형태에서, 전처리된 공급 스트림(701) 및 압축된 냉각된 CMR 스트림(744)은 또한 WMR 열 교환기(730)에서 팽창된 고압 WMR 스트림(729)과의 간접적인 열 교환에 의해 냉각되어 냉각된 전처리된 공급 스트림(752) 및 압축된 2회 냉각된 CMR 스트림(753)을 각각 생성한다. 냉각된 전처리된 공급물 스트림(752) 및 압축된 2회 냉각된 CMR 스트림(753)은 예냉 열 교환기(760)의 개별 튜브 회로에서 추가로 냉각된다.
이 실시형태는 예냉 열 교환기(760)에서 공급물 스트림의 온도를 감소시킴과 동시에 예냉 열 교환기(760)로의 공급물 스트림이 유사한 온도에 있음을 보장함으로써 프로세스의 효율을 더욱 향상시킨다. 대안의 실시형태에서, 전처리된 공급물 스트림(701) 및 압축된 냉각된 CMR 스트림(744) 중 단지 하나만이 WMR 열 교환기(730)에서 냉각된다.
본원에 기재된 모든 실시형태에 있어서, WMR 스트림의 조성은 다양한 공급물 조성, 주변 온도 및 다른 조건으로 조절될 수 있다. 통상적으로, WMR 스트림은 부탄보다 가벼운 성분의 40 몰% 이상, 바람직하게는 50 몰% 이상 함유한다.
본원에 기재된 본 발명의 실시형태는 임의의 수의 압축기, 압축기 케이싱, 압축단, 인터 쿨러 또는 애프터 쿨러의 존재 등을 포함하는 임의의 압축기 설계에 적용가능하다. 또한, 본원에 기재된 실시형태는 임의의 열 교환기 종류, 예컨대 플레이트 및 핀 열 교환기, 코일 권취된 열 교환기, 쉘 및 튜브 열 교환기, 브레이징된 알루미늄 열 교환기, 케틀, 케틀-인-코어, 및 다른 적합한 열 교환기 설계에 적용가능하다. 본원에 기재된 실시형태는 탄화수소 및 질소를 포함하는 혼합 냉매를 언급하지만, 플루오로카본과 같은 임의의 다른 냉매 혼합물에도 적용가능하다. 본 발명과 관련된 방법 및 시스템은 신규 플랜트 설계의 일부로서 또는 기존의 LNG 플랜트의 개조로서 구현될 수 있다.
실시예 1
하기는 본 발명의 예시적인 실시형태의 동작의 예이다. 예시적인 프로세스 및 데이터는 연간 약 550만 미터 톤의 LNG를 생산하는 LNG 플랜트에서의 DMR 프로세스의 시뮬레이션에 기초하며, 특히 도 4에 도시된 실시형태를 구체적으로 참조한다. 이 예의 설명을 간단히 하기 위해, 도 4에 도시된 실시형태와 관련하여 기재된 엘리먼트 및 참조 번호가 사용될 것이다.
51 ℉(11 ℃), 55 psia(3.8 bara) 및 42,803 lbmol/hr(19,415 kmol/hr)에서의 따뜻한 저압 WMR 스트림(410)은 저압 WMR 압축기(412)에서 압축되어 207 ℉(97.5 ℃) 및 331 psia(22.8 bara)에서 중압 WMR 스트림(413)을 생성하고, 중압 WMR 스트림(413)은 저압 WMR 애프터 쿨러(414)에서 냉각되어 77 ℉(25 ℃) 및 316 psia(21.8 bara) 에서 냉각된 중압 WMR 스트림(415)을 생성한다. 냉각된 중압 WMR 스트림(415)은 WMR 상 분리기(416)로 보내져 WMRV 스트림(417) 및 WMRL 스트림(418)을 생성한다.
15,811 lbmol/hr (7172 kmol/hr)의 WMRV 스트림(417)은 고압 WMR 압축기(421)에서 압축되어 146 ℉(63 ℃) 및 598 psia(41 bara)에서 고압 WMRV 스트림(422)을 생성하고, 고압 WMRV 스트림(422)은 고압 WMR 완열기(423)에서 냉각되어 냉각된 고압 MRV 스트림(424)을 생성하고, 냉각된 고압 MRV 스트림(424)은 고압 WMR 응축기(426)에서 추가 냉각 및 응축되어 77 ℉(25 ℃) 및 583 psia(40.2 bara)에서 응축된 고압 WMR 스트림(427)을 생성하며 증기 분율은 0이다. 응축된 고압 WMR 스트림(427)은 제2 WMR 팽창 디바이스(428) 내의 압력을 강하하여 34 ℉(1.4 ℃) 및 324 psia(22.2 bara)에서 팽창된 고압 WMR 스트림(429)을 생성한다. 팽창된 고압 WMR 스트림(429)은 WMR 열 교환기(430)에서 가온되어 53 ℉(11.8 ℃) 및 316 psia(21.8 bara)에서 따뜻한 팽창된 고압 WMR 스트림(431)을 생성하고, 따뜻한 팽창된 고압 WMR 스트림(431)은 WMR 상 분리기(316)로 리턴된다. 이 예에서, 따뜻한 저압 WMR 스트림(410)은 에탄보다 가벼운 성분을 1% 포함하고 팽창된 고압 WMR 스트림(429)의 증기 분율은 0.3이다.
42,800 lbmol/hr(19,415 kmol/hr)의 WMRL 스트림(418)은 팽창된 고압 WMR 스트림(429)에 대해 WMR 열 교환기(430)에서 냉각되어 38 ℉(3.11 ℃) 및 308 psia(21.2 bara) 에서 냉각된 WMRL 스트림(433)을 생성한다.
전처리된 공급물 스트림(401)은 68 ℉(20 ℃), 1100 psia(76 bara)에서 예냉 열 교환기(460)에 들어가 -41 ℉(-40.5 ℃) 및 0.74의 증기 분율의 예냉된 천연 가스 스트림(402)을 생성한다. 압축된 냉각된 CMR 스트림(444)은 77 ℉(25 ℃), 890 psia(61 bara)에서 예냉 열 교환기(460)에 들어가 -40 ℉(-40 ℃) 및 0.3의 증기 분율의 예냉된 CMR 스트림(445)을 생성한다.
이 예에서, 공정의 효율은 도 3에 대응하는 것보다 2 내지 3% 더 높은 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 예는 본 발명이 WMR 응축기 열 교환기에서 2 상 유입을 제거하고 또한 WMR 액체 펌프를 제거하기 위한 효율적이고 저렴한 방법 및 시스템을 제공함을 입증한다.

Claims (20)

  1. 냉각 열 교환기에서 제1 냉매 스트림과의 간접적인 열 교환에 의해 탄화수소 공급물 스트림을 냉각하는 방법으로서,
    a) 따뜻한 저압 제1 냉매 스트림을 하나 이상의 압축단들에서 압축하여 압축된 제1 냉매 스트림을 생성하는 단계;
    b) 압축된 제1 냉매 스트림을 하나 이상의 냉각 유닛들에서 냉각하여 압축 냉각된 제1 냉매 스트림을 생성하는 단계;
    c) 상기 압축 냉각된 제1 냉매 스트림을 제1 증기-액체 분리 디바이스로 도입하여 제1 증기 냉매 스트림 및 제1 액체 냉매 스트림을 생성하는 단계;
    d) 상기 제1 액체 냉매 스트림을 상기 냉각 열 교환기로 도입하는 단계;
    e) 상기 제1 액체 냉매 스트림을 상기 냉각 열 교환기에서 냉각하여 냉각된 액체 냉매 스트림을 생성하는 단계;
    f) 냉각된 액체 냉매 스트림을 팽창시켜 차가운 냉매 스트림을 생성하고,상기 차가운 냉매 스트림을 상기 냉각 열 교환기로 도입하여 상기 탄화수소 공급물 스트림, 상기 제1 액체 냉매 스트림 및 제2 냉매 스트림을 냉각시키는데 필요한 냉동 듀티를 제공하는 단계;
    g) 상기 제1 증기 냉매 스트림을 하나 이상의 압축단들에서 압축하여 압축된 증기 냉매 스트림을 생성하는 단계;
    h) 상기 압축된 증기 냉매 스트림을 냉각 및 응축하여 압축된 냉매 스트림을 생성하는 단계;
    i) 상기 응축된 냉매 스트림을 팽창시켜 팽창된 냉매 스트림을 생성하는 단계;
    j) 상기 팽창된 냉매 스트림을 상기 제1 증기-액체 분리 디바이스 내로 도입하는 단계;
    k) 상기 제2 냉매 스트림을 상기 냉각 열 교환기로 도입하는 단계;
    l) 상기 탄화수소 공급물 스트림을 상기 냉각 열 교환기에 도입하는 단계; 및
    m) 상기 탄화수소 공급물 스트림을 상기 냉각 열 교환기에서 냉각하여 냉각된 탄화수소 스트림을 생성하고; 그리고 상기 냉각된 탄화수소 스트림을 주 열 교환기에서 추가로 냉각 및 액화시켜 액화된 탄화수소 스트림을 생성하는 단계를 포함하고,
    단계 (d)를 수행하기 전에, 상기 제1 액체 냉매 스트림의 적어도 일부를 제1 열 교환기에서 상기 팽창된 냉매 스트림의 적어도 일부와의 간접적인 열 교환에 의해 냉각하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    단계 (i)는 상기 팽창된 냉매 스트림을 상기 제1 증기-액체 분리 디바이스의 상류에서 상기 압축 냉각된 제1 냉매 스트림과 혼합함으로써 상기 팽창된 냉매 스트림을 상기 제1 증기-액체 분리 디바이스로 도입하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각 열 교환기에서 냉각되는 유일한 상기 제1 냉매 스트림은 상기 제1 액체 냉매 스트림인, 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    단계 (e)는 상기 냉각 열 교환기의 제1 튜브 회로를 통해 상기 제1 냉매 스트림을 통과시킴으로써 상기 냉각 열 교환기에서 상기 제1 액체 냉매 스트림을 냉각시키는 단계를 추가로 포함하며, 상기 냉각 열 교환기는 코일 권취된 열 교환기이고;
    단계 (m)은 상기 냉각 열 교환기의 제2 튜브 회로를 통해 상기 탄화수소 공급물 스트림을 통과시킴으로써 상기 냉각 열 교환기에서 상기 탄화수소 공급물 스트림을 냉각하는 단계를 추가로 포함하며; 그리고
    단계 (f)는 상기 차가운 냉매 스트림을 상기 냉각 열 교환기의 쉘측으로 도입하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    n) 상기 제2 냉매 스트림을 상기 냉각 열 교환기에서 냉각하여 냉각된 제2 냉매 스트림을 생성하는 단계;
    o) 상기 냉각된 제2 냉매 스트림을 상기 주 열 교환기에서 추가 냉각하여 추가 냉각된 제2 냉매 스트림을 생성하는 단계;
    p) 상기 추가 냉각된 제2 냉매 스트림을 팽창시켜 팽창된 제2 냉매 스트림을 생성하는 단계;
    q) 상기 팽창된 제2 냉매 스트림을 주 열 교환기로 리턴시키는 단계; 및
    r) 상기 냉각된 탄화수소 스트림을 상기 주 열 교환기에서 상기 팽창된 제2 냉매 스트림과의 간접적인 열 교환에 의해 추가로 냉각 및 응축하여 상기 액화된 탄화수소 스트림을 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    단계 (I)를 수행하기 전에 제1 열 교환기에서 상기 탄화수소 공급물 스트림의 적어도 일부를 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    단계 (k)를 수행하기 전에 상기 제1 열 교환기에서 상기 제2 냉매 스트림의 적어도 일부를 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    s) 상기 팽창된 냉매 스트림을 제2 증기-액체 분리 디바이스로 도입하여 제2 증기 냉매 스트림 및 제2 액체 냉매 스트림을 생성하는 단계;
    t) 상기 제2 증기 냉매 스트림을 상기 제1 증기-액체 분리 디바이스 내로 도입하는 단계;
    u) 단계 (d)에서 상기 제1 액체 냉매 스트림을 상기 냉각 열 교환기에서 냉각하기 전에 상기 제1 액체 냉매 스트림을 제1 열 교환기에서 상기 제2 액체 냉매 스트림과의 간접적인 열 교환에 의해 냉각시키는 단계; 및
    v) 단계 (m)을 수행한 후, 상기 제2 액체 냉매 스트림을 상기 제1 증기-액체 분리 디바이스로 도입하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 증기 냉매 스트림 및 상기 제2 액체 냉매 스트림은 상기 제1 증기-액체 분리 디바이스의 상류에서 단계 (b)의 상기 압축 냉각된 제1 냉매 스트림과, 상기 제2 증기 냉매 스트림 및 상기 제2 액체 냉매 스트림을 상기 제1 증기-액체 분리 디바이스로 도입하기 이전에 혼합되는, 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    단계 (c)는 상기 압축 냉각된 제1 냉매 스트림을 혼합 컬럼을 포함하는 제1 증기-액체 분리 디바이스로 도입하여 제1 증기 냉매 스트림 및 제1 액체 냉매 스트림을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 압축 냉각된 제1 냉매 스트림은 상기 혼합 컬럼의 상부단에서 또는 그 상부에서 상기 혼합 컬럼으로 도입되고, 상기 팽창된 제1 냉매 스트림은 상기 혼합 컬럼의 하부단에서 또는 그 아래에서 상기 혼합 컬럼으로 도입되는, 방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄화수소 공급물 스트림은 천연 가스인, 방법.
  14. 탄화수소 공급물 스트림의 냉각 장치로서,
    제1 탄화수소 공급 회로, 제1 냉매 회로, 제2 냉매 회로, 상기 제1 냉매 회로의 상류 단부에 위치하는 제1 냉매 회로 유입구, 상기 제1 냉매 회로의 하류 단부에 위치하는 제1 압력 강하 디바이스, 및 상기 압력 강하 디바이스로부터 하류에서 그와 유체 연통하는 팽창된 제1 냉매 도관을 포함하는 냉각 열 교환기로서, 상기 냉각 열 교환기는 상기 탄화수소 공급물 스트림이 상기 제1 탄화수소 공급 회로를 통해 흐를 때 차가운 냉매 스트림에 대한 간접적인 열 교환에 의해 상기 탄화수소 공급 스트림을 냉각하도록 동작적으로 구성되고, 이로써 예냉된 탄화수소 공급 스트림, 상기 제1 냉매 회로를 통해 흐르는 제1 냉매, 및 상기 제2 냉매 회로를 통해 흐르는 제2 냉매를 생성하는, 상기 냉각 열 교환기; 및
    압축 시스템을 포함하고,
    상기 압축 시스템은:
    상기 냉각 열 교환기의 하부 단부 및 제1 압축기와 유체 연통하는 따뜻한 저압 제1 냉매 도관;
    상기 제1 압축기로부터 하류에서 그와 유체 연통하는 제1 애프터 쿨러;
    제1 증기-액체 분리 디바이스로서, 상기 제1 애프터 쿨러로부터 하류에서 그와 유체 연통하는 제1 유입구, 상기 제1 증기-액체 분리 디바이스의 상반부에 위치된 제1 증기 배출구, 상기 제1 증기-액체 분리 디바이스의 하반부에 위치된 제1 액체 배출구를 갖고, 상기 제1 액체 배출구는 상기 제1 냉매 회로 유입구로부터 상류에서 그와 유체 연통하는 것인 제1 증기-액체 분리 디바이스;
    상기 제1 증기 배출구로부터 하류에서 그와 유체 연통하는 제2 압축기;
    상기 제2 압축기로부터 하류에서 그와 유체 연통하는 응축기; 및
    상기 응축기로부터 하류에서 그와 유체 소통하는 제2 압력 강하 디바이스로서, 상기 제2 압력 강하 디바이스는 상기 제1 증기-액체 분리 디바이스의 제2 유입구로부터 상류에서 그와 유체 연통하여, 상기 제2 압력 강하 디바이스를 통해 흐르는 모든 유체가 상기 냉각 열 교환기로 흐르기 전에 상기 제1 증기-액체 분리 디바이스를 통해 흐르는, 상기 제2 압력 강하 디바이스를 포함하고,
    제2 열 교환 회로에 대해 간접적인 열 교환을 제공하도록 동작적으로 구성되는 제1 열 교환 회로를 갖는 제1 열 교환기를 추가로 포함하고, 상기 제1 열 교환 회로는 상기 제2 압력 강하 디바이스로부터 하류에서 그와 유체 연통되고 상기 제2 열 교환 회로는 상기 제1 증기-액체 분리 디바이스의 상기 제1 액체 배출구로부터 하류에서 그와 유체 연통되는, 탄화수소 공급물 스트림의 냉각 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 냉각 열 교환기의 제1 탄화수소 회로로부터 하류에서 그와 유체 연통되는 제2 탄화수소 회로를 갖는 주 열교환기를 추가로 포함하며, 상기 주 열 교환기는 상기 예냉된 탄화수소 공급물 스트림을 상기 제2 냉매에 대한 간접적인 열 교환에 의해 적어도 부분적으로 액화하도록 동작적으로 구성되는, 탄화수소 공급물 스트림의 냉각 장치.
  16. 삭제
  17. 청구항 14에 있어서,
    제2 증기-액체 분리 디바이스로서, 상기 제2 압력 강하 디바이스로부터 하류에서 그와 유체 연통하는 제3 배출구, 상기 제2 증기-액체 분리 디바이스의 상반부에 위치된 제2 증기 배출구, 상기 제2 증기-액체 분리 디바이스의 하반부에 위치된 제2 액체 배출구를 갖고, 상기 제1 액체 배출구는 상기 제1 열 교환기의 상기 제1 열 교환 회로로부터 상류에서 그와 유체 연통되는 것인 제2 증기-액체 분리 디바이스를 추가로 포함하는, 탄화수소 공급물 스트림의 냉각 장치.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 열 교환기는 제 3 열 교환 회로 및 제 4 열 교환 회로를 추가로 포함하며, 상기 제 3 열 교환 회로는 상기 제2 냉매 회로로부터 상류에서 그와 유체 연통되고, 상기 제 4 열 교환 회로는 상기 제1 탄화수소 공급 회로로부터 상류에서 그와 유체 연통되고, 상기 제1 열 교환기는 상기 제1 열 교환 회로에 대해 상기 제2 열 교환 회로, 상기 제 3 열 교환 회로, 및 상기 제 4 열 교환 회로를 통해 흐르는 유체들을 냉각하도록 동작적으로 구성되는, 탄화수소 공급물 스트림의 냉각 장치.
  19. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 증기-액체 분리 디바이스는 혼합 컬럼인, 탄화수소 공급물 스트림의 냉각 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 제1 증기-액체 분리 디바이스의 상기 제1 유입구는 상기 혼합 컬럼의 상부단에 위치하고, 상기 제1 증기-액체 분리 디바이스의 상기 제2 유입구는 상기 혼합 컬럼의 하부단에 위치하는, 탄화수소 공급물 스트림의 냉각 장치.
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