KR102064168B1 - 천연 가스 공급 스트림을 사전 냉각시킴으로써 lng 생산 시스템에서 효율을 증가시키는 것 - Google Patents

천연 가스 공급 스트림을 사전 냉각시킴으로써 lng 생산 시스템에서 효율을 증가시키는 것 Download PDF

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리차드 에이. 헌팅톤
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엑손모빌 업스트림 리서치 캄파니
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Abstract

액화 질소(LIN)를 냉매로서 사용하여 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 시스템 및 공정이 기재되어 있다. 온실 가스 오염물들이 온실 가스 제거 유닛을 사용하여 LIN으로부터 제거된다. LNG는 LIN에 의해서 냉각되기 전에 압축된다.

Description

천연 가스 공급 스트림을 사전 냉각시킴으로써 LNG 생산 시스템에서 효율을 증가시키는 것
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2015년 7월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 제 62/192, 657 호의 우선권 이익을 주장하며, 이 특허는 제목이 "천연 가스 공급 스트림을 사전 냉각시킴으로써 LNG 생산 시스템에서의 효율을 증가시키는 것"이고, 그 전체 내용은 본원에 참고로 합체되어 있다.
본 출원은 공통 발명자 및 양수인을 가지며 본원과 같은 날에 출원된 "온실 가스 제거를 이용한 액화 천연 가스 생산 시스템 및 방법"이라는 제목의 미국 가특허 출원 제 62/192, 654 호와 관련되며, 그 개시 내용은 본원에서 전체적으로 참조로 통합된다.
발명의 분야
본 발명은 액화 천연 가스(LNG)를 형성하기 위한 천연 가스의 액화에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 자본 설비의 건설 및/또는 유지 보수가 이루어지고 그리고/또는 기존의 LNG 플랜트의 환경적 영향은 해로울 수 있는, 원격 또는 민감한 지역에서의 LNG의 생산에 관한 것이다.
LNG 생산은 천연 가스의 수요가 많은 원거리에 천연 가스가 풍부한 지역에서 천연 가스를 공급하는 급속도로 증가하는 수단이다. 종래의 LNG 사이클은: a) 물, 황 화합물 및 이산화탄소와 같은 오염 물질을 제거하기 위한 천연 가스 자원의 초기 처리; b) 프로판, 부탄, 펜탄 등과 같은 중질 탄화수소 가스를 자체 냉각, 외부 냉각, 희박 오일 등 다양한 방법으로 분리하는 것. c) 약 -160℃이고 대략 대기압에서 LNG를 형성하기 위해 외부 냉각에 의해 천연 가스의 실질적인 냉각; d) 이 목적을 위해 설계된 선박 또는 탱커에서 LNG 생산물을 시장에 운송하는 것; e) 천연 가스 소비자에게 분배될 수 있는 가압 천연 가스에 대한 LNG의 재가압 및 재가스화를 포함할 수 있다. 종래의 LNG 사이클의 단계(c)는 대개 상당한 탄소 및 다른 배출물을 방출하는 대형 가스 터빈 구동기에 의해 구동되는 대형 냉각 압축기의 사용을 필요로 한다. 액화 플랜트의 일부로서 수십억 달러의 대규모 자본 투자와 광범위한 인프라가 필요한다. 종래의 LNG 사이클의 단계(e)는 일반적으로 극저온 펌프를 사용하여 요구되는 압력으로 LNG를 재가압한 다음, LNG를 가열하고 기화시키기 위해 중간 유체를 통해 열교환하지만 궁극적으로는 해수로 또는 천연 가스의 일부을 연소시킴으로써 LNG를 가압 천연 가스로 재가스화하는 것을 포함한다. 일반적으로, 이용가능한 엑서지(exergy)의 극저온 LNG가 사용되지 않는다.
액화 질소 가스( "LIN")와 같은 다른 위치에서 생산된 차가운 냉매는 천연 가스를 액화시키는데 사용될 수 있다. LNG-LIN 개념으로 알려진 공정은 비종래 LNG 사이클에 관한 것으로서, 여기서 적어도 상기 단계(c)는 냉매의 개방 루프 소스로서 액체 질소(LIN)를 실질적으로 사용하는 천연 가스 액화 공정으로 대체되고 상기 단계(e)는 극저온 LNG의 엑서지를 이용하여 질소 가스의 액화를 촉진하여 LIN을 형성하고, 이를 자원 위치로 수송하고 LNG 생산을 위한 냉매 소스로서 사용하도록 개조된다. 미국 특허 제 3, 400, 547 호는 시장에서 천연 가스를 액화시키는 현장 현장으로의 액체 질소 또는 액체 공기의 선적을 기술하고 있다. 미국 특허 제 3, 878, 689 호는 LNG를 생산하기 위한 냉매 소스로서 LIN을 사용하는 공정을 기술하고 있다. 미국 특허 제 5, 139, 547 호는 LIN을 생산하기 위한 냉매로서의 LNG의 사용을 기술하고 있다.
LNG-LIN의 개념은 자원 위치에서 시장 위치로의 선박 또는 탱커에서의 LNG 수송 및 시장 위치에서 자원 위치로의 LIN의 역 운송을 더 포함한다. 동일한 선박이나 유조선의 사용, 그리고 아마도 일반적인 육상 탱크의 사용은 비용을 최소화하고 인프라를 필요로 할 것으로 예상된다. 결과적으로, LIN에 의한 LNG의 일부 오염 및 LNG에 의한 LIN의 일부 오염이 예상될 수 있다. LIN에 의한 LNG의 오염은 파이프 라인 및 유사한 분배 수단에 대한 [미국 연방 에너지 규제 위원회(Federal Energy Regulatory Commission)에서 공표한 것과 같은)] 천연 가스 사양이 일부 불활성 가스가 나타나게 할 수 있기 때문에, 주요 관심사는 아닐 것이다. 그러나, 자원 위치에 있는 LIN은 궁극적으로 대기로 배출되기 때문에 LNG에 의한 LIN의 오염(이산화탄소의 영향력의 20배보다 큰 온실 가스)은 그러한 배출에 적합한 수준으로 감소되어야 한다. 탱크의 잔여 내용물을 제거하는 기술은 잘 알려져 있지만, 가스 질소(GAN)를 배출하기 전에 자원 위치에서 LIN 또는 기화된 질소의 처리를 피하기 위해 경제적 또는 환경적으로 허용될 수 있는 필요한 낮은 수준의 오염을 달성하는 것은 아니다.
미국 특허 출원 공보 제 2010/0251763 호에는 LIN 및 액화 이산화탄소(CO2)를 냉매로서 사용하는 LNG 액화 공정의 변형이 기술되어 있다. CO2는 그 자체로 온실 가스이지만, 액화된 CO2는 LNG 또는 기타 온실 가스와 함께 저장 또는 수송 시설을 공유할 가능성이 적으므로 오염이 발생할 가능성이 적다. 그러나, LIN은 위에서 설명한 바와 같이 유사하게 오염될 수 있으며 결과 GAN 스트림이 배출되기 전에 오염 제거되어야 한다. 또한, LNG 액화 시스템은 LIN의 기화에 의해 제공되는 일회용 냉각뿐만 아니라 프로판, 혼합 구성 요소 또는 기타 밀폐된 냉각 사이클과 함께 천연 가스를 사전 냉각함으로써 보완될 수 있다.
이러한 경우 GAN을 배출하기 전에 가스 질소의 오염 제거가 여전히 필요할 수 있다. LIN과 LNG가 공통 저장 설비를 사용하는 경우, LIN에 있는 임의의 온실 가스를 효율적으로 제거할 수 있는, LNG를 생산하기 위한 냉각제로 LIN을 사용하는 방법이 필요하다.
본 발명은 액화 천연 가스 생산 시스템을 제공한다. 천연 가스 스트림은 천연 가스 공급부로부터 공급된다. 냉매 스트림은 냉매 공급부로부터 공급된다. 적어도 하나의 열교환기는 냉매 스트림과 천연 가스 스트림 사이에서 열을 교환하여 냉매 스트림을 적어도 부분적으로 기화시키고 천연 가스 스트림을 적어도 부분적으로 응축시킨다. 천연 가스 압축기는 천연 가스 스트림을 적어도 135 bara의 압력으로 압축하여 압축 천연 가스 스트림을 형성한다. 천연 가스 냉각기는 천연 가스 압축기에 의해 압축된 후 압축된 천연 가스 스트림을 냉각시킨다. 천연 가스 냉각기에 의해 냉각된 후에, 천연 가스 팽창기는 압축 천연 가스 스트림을 200 bara 미만의 압력으로 그러나, 천연 가스 압축기가 천연 가스 스트림을 압축하는 압력보다 크지 않은 압력으로 팽창시킨다. 천연 가스 팽창기는 적어도 하나의 열교환기에 연결되어 천연 가스를 공급한다.
본 발명은 또한 액화 천연 가스(LNG)의 생산 방법을 제공한다. 천연 가스 스트림은 천연 가스 공급부로부터 공급된다. 냉매 공급부로부터 냉매 스트림이 제공된다. 천연 가스 스트림 및 액화 질소 스트림은 냉매 스트림과 천연 가스 스트림 사이에서 열을 교환하여 냉매 스트림을 적어도 부분적으로 기화시키고 천연 가스 스트림을 적어도 부분적으로 응축시키는 제 1 열교환기를 통과한다. 천연 가스 스트림은 천연 가스 압축기에서 적어도 135 bara의 압력으로 압축되어 압축 천연 가스 스트림을 형성한다. 압축 천연 가스 스트림은 천연 가스 압축기에 의해 압축된 후 천연 가스 냉각기에서 냉각된다. 천연 가스 냉각기에 의해 냉각된 후, 압축 천연 가스 스트림은 천연 가스 팽창기에서 200 bara 미만의 압력으로 그러나, 천연 가스 압축기가 천연 가스 스트림을 압축하는 압력보다 크지 않은 압력으로 팽창된다. 천연 가스 냉각기로부터 적어도 하나의 열교환기로 천연 가스가 공급되어 내부에서 적어도 부분적으로 응축된다.
본 발명은 또한 천연 가스 스트림을 액화시키는데 사용되는 액체 질소 스트림에서 온실 가스 오염물을 제거하는 방법을 제공한다. 천연 가스 스트림은 천연 가스 압축기에서 적어도 135 bara의 압력으로 압축되어 압축 천연 가스 스트림을 형성한다. 압축 천연 가스 스트림은 천연 가스 압축기에 의해 압축된 후 천연 가스 냉각기에서 냉각된다. 천연 가스 냉각기에 의해 냉각된 후, 압축된 천연 가스 스트림은 천연 가스 팽창기에서 200 bara 미만의 압력으로 그러나, 천연 가스 압축기가 천연 가스 스트림을 압축하는 압력보다 크지 않은 압력으로 팽창된다. 천연 가스 스트림 및 액화 질소 스트림은 액화 질소 스트림과 천연 가스 스트림 사이에서 열을 교환하여 액화 질소 스트림을 적어도 부분적으로 기화시키고 천연 가스 스트림을 적어도 부분적으로 응축시키는 제 1 열교환기를 통과한다. 액화 질소 스트림은 제 1 열교환기를 적어도 3 회 순환한다. 적어도 부분적으로 기화된 질소 스트림의 압력은 적어도 하나의 팽창기 서비스를 사용하여 감소된다. 증류 칼럼 및 히트 펌프 응축기 및 리보일러 시스템을 포함하는 온실 가스 제거 유닛이 제공된다. 증류 칼럼의 오버헤드 스트림의 압력 및 응축 온도가 증가한다. 증류 칼럼 오버헤드 스트림의 오버헤드 스트림 및 증류 칼럼의 하부 스트림은 교차 교환되어 오버헤드 응축기 듀티 및 증류 칼럼의 하부 리보일러 듀티 모두에 영향을 미친다. 압력 감소 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 생산하기 위한 교차 교환 단계 후의 증류 칼럼 오버헤드 스트림의 압력은 감소된다. 압력 감소 증류 칼럼 오버헤드 스트림은 분리되어 제 1 분리기 오버헤드 스트림을 생산한다. 제 1 분리기 오버헤드 스트림은 온실 가스가 제거된 온실 가스 제거 유닛을 나가는 가스 질소이다. 제 1 분리기 오버헤드 스트림은 대기 중으로 배출된다.
도 1은 액체 질소를 유일한 냉매로 사용하여 천연 가스를 액화하여 LNG를 형성하는 시스템의 개략도이다.
도 2는 유일한 냉매로서 액체 질소를 사용하여 천연 가스를 액화하여 LNG를 형성하는 시스템의 개략도이다.
도 3은 액체 질소를 유일한 냉매로서 사용하여 천연 가스를 액화하여 LNG를 형성하는 시스템의 개략도이다.
도 4는 유일한 냉매로서 액체 질소를 사용하여 천연 가스를 액화하여 LNG를 형성하는 시스템의 개략도이다.
도 5는 액체 질소를 유일한 냉매로서 사용하여 천연 가스를 액화하여 LNG를 형성하는 시스템의 개략도이다.
도 6은 액체 질소를 유일한 냉매로서 사용하여 천연 가스를 액화하여 LNG를 형성하는 시스템의 개략도이다.
도 7은 액체 질소를 유일한 냉매로서 사용하여 천연 가스를 액화하여 LNG를 형성하는 시스템의 개략도이다.
도 8은 액체 질소를 유일한 냉매로서 사용하여 천연 가스를 액화하여 LNG를 형성하는 시스템의 개략도이다.
도 9는 보조 냉각 시스템의 개략도이다.
도 10은 천연 가스를 액화하여 LNG를 형성하는 방법의 흐름도이다.
도 11은 천연 가스 스트림을 액화시키는데 사용되는 액체 질소 스트림에서 온실 가스 오염물을 제거하는 방법의 흐름도이다.
이제 본 명세서에서 채택된 바람직한 실시예 및 정의를 포함하여 본 발명의 다양한 특정 실시예 및 버전이 설명될 것이다. 다음의 상세한 설명이 특정한 바람직한 실시예를 제공하지만, 당업자는 이들 실시예가 단지 예시적인 것이며 본 발명은 다른 방식으로 실시될 수 있음을 이해할 것이다. "발명"에 대한 임의의 언급은 청구 범위에 의해 정의된 실시예 중 하나 이상(반드시 전부는 아님)을 지칭할 수 있다. 표제의 사용은 단지 편의를 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 명확성 및 간략함을 위해, 여러 도면에서 유사한 참조 번호는 유사한 항목, 단계 또는 구조를 나타내며 모든 도면에서 상세히 설명되지 않을 수 있다.
본 명세서의 상세한 설명 및 청구 범위 내의 모든 수치는 지시된 값을 "약"또는 "대략"으로 변경하여 당업자가 예상할 수 있는 실험 오차 및 변동을 고려한다.
본 명세서에 사용된 용어 "압축기"는 작업의 적용에 의해 가스의 압력을 증가시키는 기계를 의미한다. "압축기" 또는 "냉매 압축기"는 가스 스트림의 압력을 증가시킬 수 있는 임의의 유닛, 디바이스 또는 장치를 포함한다. 이는 단일 압축 공정 또는 단계를 갖는 압축기, 또는 다단 압축 또는 단계를 갖는 압축기, 또는 더욱 상세하게는 단일 케이싱 또는 쉘 내의 다단 압축기를 포함한다. 압축될 기화된 스트림은 상이한 압력에서 압축기에 제공될 수 있다. 냉각 공정의 일부 스테이지 또는 단계는 2 개 이상의 압축기가 병렬, 직렬 또는 둘 모두와 관련될 수 있다. 본 발명은 특히 임의의 냉매 회로에서 압축기 또는 압축기들의 유형 또는 배열 또는 레이아웃에 의해 제한되지 않는다.
본원에 사용된 "냉각"은 임의의 적합한, 요구되는, 또는 필요한 양만큼 물질의 온도 및/또는 내부 에너지를 낮추거나 떨어뜨리는 것을 의미한다. 냉각은 적어도 약 1℃, 적어도 약 5℃, 적어도 약 10℃, 적어도 약 15℃, 적어도 약 25℃, 적어도 약 35℃, 또는 약 50℃ 또는 적어도 약 75℃, 또는 적어도 약 85℃, 또는 적어도 약 95℃, 또는 적어도 약 100℃의 온도 강하를 포함할 수 있다. 냉각은 증기 발생, 온수 가열, 냉각수, 공기, 냉매, 다른 공정 스트림(통합) 및 이들의 조합과 같은 임의의 적합한 히트 싱크를 사용할 수 있다. 하나 이상의 냉각 소스가 조합되고 그리고/또는 원하는 출구 온도에 도달하도록 캐스케이드될 수 있다. 냉각 단계는 임의의 적합한 디바이스 및/또는 장비를 갖춘 냉각 유닛을 사용할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 냉각은 하나 이상의 열교환기와 같은 간접 열교환을 포함할 수 있다. 대안적으로, 냉각은 공정 스트림 내로 직접 분사되는 액체와 같은 기화(기화열) 냉각 및/또는 직접 열교환을 사용할 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "팽창 디바이스"는 라인(예를 들어, 액체 스트림, 증기 스트림 또는 액체 및 증기 양자를 모두 함유하는 다상 스트림) 내의 유체의 압력을 감소시키는데 적합한 하나 이상의 디바이스를 지칭한다. 특정 유형의 팽창 디바이스가 구체적으로 언급되지 않는 한, 팽창 디바이스(1)는 적어도 부분적으로 등엔탈피 수단이거나, 또는 (2) 적어도 부분적으로 등엔트로피 수단일 수 있거나, 또는 (3) 등엔트로피 수단 및 등엔탈피 수단의 조합일 수 있다. 천연 가스의 등엔탈피 팽창에 적합한 디바이스는 당업계에 공지되어 있고, 일반적으로 수동 또는 자동으로 작동되는, 예를 들어 밸브, 제어 밸브, 주울-톰슨(Joule-Thomson;J-T) 밸브와 같은 작동된 스로틀 디바이스 또는 벤츄리 디바이스를 포함하지만, 이들에 국한되지 않는다. 천연 가스의 등엔트로피 팽창에 적합한 디바이스는 당업계에 공지되어 있으며, 일반적으로 그러한 팽창으로부터 작업을 추출 또는 유도하는 팽창기 또는 터보 팽창기와 같은 장비를 포함한다. 액체 스트림의 등엔트로피 팽창에 적합한 디바이스는 당업계에 공지되어 있으며, 일반적으로 팽창기, 유압 팽창기, 액체 터빈 또는 이러한 팽창으로부터 작업을 추출하거나 유도하는 터보 팽창기와 같은 장비를 포함한다. 등엔트로피 수단 및 등엔탈피 수단의 조합의 예는 평행한 주울-톰슨 밸브 및 터보 팽창기일 수 있으며, 단독으로 사용하거나 J-T 밸브와 터보 팽창기를 동시에 사용할 수 있는 능력을 제공한다. 등엔탈피 또는 등엔트로피 팽창은 모든 액체 상, 모든 증기 상 또는 혼합 상으로 수행될 수 있으며, 증기 스트림 또는 액체 스트림으로부터 다상 스트림(증기 및 액체 상을 모두 갖는 스트림)으로 또는 초기 상과 다른 단일상 스트림으로의 상 변화를 용이하게 하기 위해 수행될 수 있다. 본 명세서의 도면의 설명에서, 임의의 도면에서 하나 초과의 팽창 디바이스에 대한 참조는 반드시 각 팽창 디바이스가 동일한 유형 또는 크기라는 것을 의미하지는 않는다.
용어 "가스"는 "증기"와 교환 가능하게 사용되며, 액체 상태 또는 고체 상태와 구별되는 가스 상태의 물질 또는 물질의 혼합물로서 정의된다. 마찬가지로, "액체"라는 용어는 가스 또는 고체 상태와 구별되는 액체 상태의 물질 또는 물질의 혼합물을 의미한다.
"열교환기"는 대체로 열 에너지 또는 냉각 에너지를 적어도 2개의 구별된 유체들과 같이, 하나의 매질에서 다른 매질로 전달할 수 있는 임의의 디바이스를 의미한다. 열교환기에는 "직접 열교환기"와 "간접 열교환기"가 포함된다. 따라서, 열교환기는 병류식 또는 역류식 열교환기, 간접 열교환기(예를 들면 나선형 열교환기 또는 납땜된 알루미늄 판 핀과 같은 판-핀 열교환기), 직접 접촉 열교환기, 쉘 및 튜브 열교환기, 나선형, 머리핀, 코어, 코어 앤드 케틀, 인쇄 회로, 이중 파이프 또는 기타 열교환기와 같은 임의의 적당한 설계일 수 있다. "열교환기"는 하나 이상의 스트림이 통과할 수 있게 하고, 하나 이상의 냉매 라인 및 하나 이상의 공급 스트림 사이의 직접 또는 간접적인 열교환에 영향을 미치도록 구성된 임의의 칼럼, 타워, 유닛 또는 다른 장치를 지칭할 수도 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "간접 열교환"이란 용어는 유체의 물리적 접촉 또는 상호 혼합없이 2 개의 유체를 열교환 관계로 유도하는 것을 의미한다. 중계식 열교환기(Core-in-kettle heat exchanger) 및 브레이징 알루미늄 판-핀 열교환기는 간접 열교환을 용이하게 하는 장비의 예이다.
본 명세서에 사용된 용어 "천연 가스"는 원유 유정(관련 가스) 또는 지하 가스-가스 형성(비-관련 가스)으로부터 얻어지는 다성분 가스를 의미한다. 천연 가스의 조성과 압력은 크게 다를 수 있다. 전형적인 천연 가스 스트림은 중요한 성분으로서 메탄(C1)을 함유한다. 천연 가스 스트림은 또한 에탄(C2), 고 분자량 탄화수소 및 하나 이상의 산성 가스를 함유할 수 있다. 천연 가스는 또한 물, 질소, 황화철, 왁스 및 원유와 같은 소량의 오염 물질을 함유할 수 있다.
특정 실시예들 및 특징들은 수치 상한 세트 및 수치 하한 세트를 사용하여 설명되었다. 달리 명시하지 않는 한 임의의 하한에서 임의의 상한까지의 범위가 고려될 수 있음을 이해해야 한다. 모든 수치는 지시된 값의 "약" 또는 "대략"이며, 당업자가 예상할 수 있는 실험 오차 및 변동을 고려한다.
이 출원서에 인용된 모든 특허, 시험 절차 및 기타 문서는 그러한 개시물이 통합이 허용되는 모든 관할 영역에 대해서 그리고 이 출원과 일치하지 않는 정도까지 참고로 충분히 통합된다.
본원에 기술된 것은 가스 수소의 배출 이전에 LIN의 잔류 LNG 오염의 상당한 부분을 제거하기 위한 1차 냉매로서 일회용 LIN을 사용하는 천연 가스 액화 공정에 관한 시스템 및 공정이다. 본 발명의 특정 실시예는 도면을 참조하여 기술된 다음 단락에 기재된 것들을 포함한다. 일부 특징은 단지 하나의 도면(예컨대, 도 1, 도 2 또는 도 3)을 참조하여 설명되지만, 이들은 다른 도면에도 동일하게 적용될 수 있으며, 다른 도면 또는 전술한 논의와 함께 사용될 수 있다.
도 1은 유일한 외부 냉매로서 액체 질소(LIN)를 사용하여 천연 가스를 액화하여 LNG를 생산하는 시스템(10)을 도시한다. 시스템(10)은 LNG 생산 시스템으로 불릴 수 있다. LIN 스트림(12)은 하나 이상의 탱커, 탱크, 파이프 라인, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 LIN 공급 시스템(14)으로부터 수용된다. LIN 공급 시스템(14)은 LIN 저장부와 LNG 저장부 사이에서 교대로 작동할 수 있다. LIN 스트림(12)은 메탄, 에탄, 프로판 또는 다른 알칸 또는 알켄과 같은 온실 가스로 오염될 수 있다. LIN 스트림(12)은 온실 가스로 약 1 용적%로 오염될 수 있지만, LIN 저장소와 LNG 저장소 사이를 전환하기 전에 LIN 공급 시스템을 비우고 퍼지하는데 사용되는 방법에 따라 오염 수준이 달라질 수 있다. LIN 스트림(12)은 거의 순수한 질소의 대기압 비등점에 가까운 약 -196℃의 온도로 대기압 또는 그 부근에서 공급된다. LIN 스트림(12)은 약 90 bara의 바람직한 압력으로 대략 20 bara와 200 bara 사이에서 LIN의 압력을 증가시키는 LIN 펌프(16)를 통해 보내진다. 이러한 펌핑 공정은 LIN 스트림(12) 내의 LIN의 온도를 증가시킬 수 있지만, LIN은 실질적으로 액체 형태로 유지될 것으로 기대된다. 가압된 LIN 스트림(18)은 유입되는 천연 가스 공급부(20)로부터 열을 제거하여 천연 가스를 LNG로 응축시키는 일련의 열교환기 및 팽창기를 통해 유동한다. 다시 도 1을 참조하면, 가압된 LIN 스트림(18)은 천연 가스 스트림(24)을 냉각시키는 제 1 열교환기(22)를 통해 유동한다. 가압된 LIN 스트림(18)은 그 다음 상기 천연 가스 스트림을 다시 냉각시키는 제 2 열교환기(26)를 통해서 처음으로 유동한다.
LIN이 제 1 열교환기(22) 및 제 2 열교환기(26)를 통과한 후에, LIN 및 임의의 온실 가스 오염물이 완전히 기화되어 오염된 가스 질소 스트림(cGAN)(27)을 형성할 것으로 예상된다. 가스 질소는 추가로 기술된 바와 같이 처리되며, 가스 질소 또는 cGAN으로 본원에 기재되어 있음에도 불구하고 완전히 기화되지 않을 수 있다. 단순화를 위해, 가스 및 부분적으로 응축된 질소의 혼합물은 여전히 cGAN 또는 가스 질소로 언급된다.
cGAN 스트림(27)은 제 1 팽창기(28)로 향한다. 팽창된 cGAN 스트림(29)인 제 1 팽창기(28)의 출력 스트림은 온실 가스 제거 유닛(30)으로 보내진다. 팽창된 cGAN 스트림(29)의 압력은 전형적으로 질소, 메탄, 에탄, 프로판 및 기타 잠재적인 온실 가스의 혼합물인 cGAN 혼합물의 상 엔벨로프(envelope)에 기반하여 5bara 내지 30 bara의 범위에 있을 수 있다. 일 양태에서, 팽창된 cGAN 스트림(29)의 압력은 19 내지 20 bara이며, 팽창된 cGAN 스트림(29)의 온도는 섭씨 -153℃이다. 그러나, 흡착, 흡수 또는 촉매 공정과 같은 다른 제거 기술을 사용하면, 팽창된 cGAN 스트림의 압력은 1 bara로 낮을 수 있다.
온실 가스 제거 유닛(30)은 500ppm 미만, 또는 200ppm 미만, 또는 100ppm 미만, 또는 50ppm 미만, 또는 20ppm 미만의 온실 가스 함유량을 갖는 GAN 스트림을 생산하도록 요구될 수 있다. 온실 가스 제거 유닛(30)은 80% 미만, 또는 50% 미만, 또는 20% 미만, 또는 10% 미만, 또는 5% 미만의 질소 함량을 갖는 온실 가스 생산물 스트림을 생산하도록 요구될 수 있다.
온실 가스 제거 유닛(30)은 부분적으로 환류되고 부분적으로 재기화된 증류 칼럼(32)을 포함할 수 있다. 증류 칼럼(32)은 질소 및 온실 가스의 기화 온도의 차이에 기초하여 온실 가스 오염물로부터 가스 질소를 분리한다. 증류 칼럼의 출구는 오염물 제거된 가스 질소 흐름인 오버헤드 스트림(34) 및 온실 가스 생산물 스트림(36)인 바닥 생산물이다. 측면-재-보일러, 측면 응축기 및 중간 인발(미도시)은 증류 칼럼(32)의 다른 위치에서 생산물을 제거하기 위해 포함될 수 있다.
온실 가스 제거 유닛(30)은 LNG 생산 시스템의 다른 부분으로부터 또는 심지어 보조 냉각 시스템으로부터의 LIN, GAN, cGAN, 천연 가스 또는 LNG 소스와의 열교환에 의해 공급되는 냉각 듀티를 갖는 증류 칼럼(32)과 결합된 오버헤드 응축기를 포함할 수 있다. 유사하게, 온실 가스 제거 유닛은 LNG 생산 시스템 또는 LNG 생산 시스템 외부의 다른 공정으로부터의 LNG, GAN, cGAN, 천연 가스 또는 LNG와의 열교환에 의해 공급되는 가열 듀티를 갖는 증류 칼럼(32)과 결합된 하부 리보일러를 포함할 수 있다. 이러한 유형 장치의 단점은 천연 가스를 LNG로 응축시키는 전반적인 가열 및 냉각 곡선에, 증류 칼럼 응축기 및 리보일러의 대부분 응축 및 대부분 보일링 유형 가열 요구 사항의 악영향을 미친다는 점이다. 이러한 영향으로 열교환기에 온도가 영향을 주어 사용 가능한 LIN 공급부의 효율성이 저하될 수 있다. 본 발명에 따르면, 응축기 및 리보일러의 냉각 및 가열 듀티는 리보일러로부터 이용가능한 냉각 듀티가 응축기에 요구되는 고온 듀티를 충족시키기 위해 사용되도록 교차 교환된다. 이를 달성하기 위해, 히트 펌프 응축기 및 리보일러 시스템은 압축된 오버헤드 스트림의 온도가 온실 가스 생산물 스트림(36)의 온도보다 높도록 증류 칼럼 오버헤드 스트림(34)의 압력을 증가시키기 위해 사용된다. 특히, 히트 펌프 응축기 및 리보일러 시스템은 오버헤드 스트림(34)을 압축 및 가온하는 오버헤드 압축기(38), 오버헤드 스트림을 냉각시키고 온실 가스 생산물 스트림을 가온시키는 히트 펌프 열교환기(40), 및 냉각된 오버헤드 스트림의 압력을 감소시키고 그 압력을 감소시키는 압력 감소 디바이스(42)를 포함한다. 압력 감소 디바이스(42)는 주울-톰슨 밸브 또는 터보 팽창기일 수 있다. 이 지점에서, 오버헤드 스트림은 부분 응축된 오버헤드 스트림(43)으로 되었다. 원하는 경우, 오버헤드 생산물 스트림(45) 및 칼럼 환류 스트림(46)을 형성하기 위해 부분적으로 응축된 오버헤드 스트림(43)을 분리하기 위해 제 1 분리기(44)가 사용될 수 있다. 오버헤드 생산물 증류 칼럼(32) 및 제 1 분리기(44) 모두의 오버헤드 생산물인 오버헤드 생산물 스트림(45)은 메탄, 에탄 등의 온실 가스를 실질적으로 오염 제거된 GAN으로 구성되며, 본원에 기술될 추가의 열교환 작동 및 배기를 위해 온실 가스 제거 유닛(30)을 빠져 나간다. 칼럼 환류 스트림(46)은 일부 온실 가스를 포함할 수 있기 때문에, 칼럼 환류 스트림은 추가적인 분리 단계를 위해 증류 칼럼(32)으로 다시 보내진다.
히트 펌프 응축기 및 리보일러 시스템의 다른 부분은 온실 가스 생산물 스트림(36)을 증가된 압력에서 히트 펌프 열교환기(40)로 전달하기 위한 하부 펌프(48)를 포함할 수 있다. 히트 펌프 열교환기(40)에서 가열된 후, 온실 가스 생산물 스트림(36)은 이제 부분적으로 기화되고, 제 2 분리기로 보내질 수 있고, 상기 제 2 분리기는 부분적으로 기화된 온실 가스 생산물 스트림을 분리하여 분리된 온실 가스 생산물 스트림(54) 및 칼럼 리보일러 증기 스트림(56)을 형성한다. 온실 가스 펌프(58)는 분리된 온실 가스 생산물 스트림(54)을 요구되는 압력에서 시스템(10) 내의 다른 위치로 전달하는데 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 분리된 온실 가스 생산물 스트림(54)은 천연 가스 스트림(24)이 시스템(10)의 LNG 생산물 스트림에 포함되도록 제 2 열교환기(26)를 통과한 후에 천연 가스 스트림(24)과 혼합된다. GAN의 일부를 포함할 수 있는 칼럼 리보일러 스트림(56)은 추가적인 분리 단계를 위해 증류 칼럼(32)으로 복귀된다.
실질적으로 오염 제거된 GAN인 오버헤드 생산물 스트림(45)은 온실 가스 제거 유닛(30)을 나가고 천연 가스 스트림(24)을 추가로 냉각시키기 위해 제 2 열교환기(26) 및 제 2 및 제 3 팽창기(60, 62)를 반복적으로 통과한다. 도 1에서, 고압 팽창기(28), 중압 팽창기(60) 및 저압 팽창기(62)로서 기능하는 3개의 팽창기들이 도시되고, 각각의 팽창기는 각각 통과하는 질소 스트림의 압력을 감소시킨다. 일 실시예에서, 제 1, 제 2 및 제 3 팽창기(28, 60, 62)는 터보 팽창기이다. 팽창기는 반경 방향 유입 터빈, 부분 인가 축류 터빈, 완전 인가 축류 터빈, 왕복 운동식 엔진, 나선형 스크류 터빈 또는 유사한 팽창 디바이스일 수 있다. 팽창기는 별도의 기계이거나 공통 출력을 가진 하나 이상의 기계로 결합될 수 있다. 팽창기는 시스템(10)으로부터 에너지를 제거하기 위해 발전기, 압축기, 펌프, 워터 브레이크 또는 임의의 유사한 파워 소비 디바이스를 구동하도록 설계될 수 있다. 팽창기는 시스템(10) 내에서 사용된 펌프들, 압축기들 및 다른 기계들을 직접 구동[또는 기어박스 또는 다른 전동 디바이스를 경유하여 구동]시키는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 팽창기는 팽창기 서비스이며, 팽창은 병렬 또는 직렬 또는 병렬 및 직렬 작동의 조합으로 동작하는 하나 이상의 개별 팽창기 디바이스에 의해 수행될 수 있다. 적어도 하나의 팽창기 또는 팽창기 서비스는 시스템(10)을 경제적으로 작동시키는데 필요하며, 일반적으로 적어도 두 개의 팽창기 서비스가 바람직하다. 이 시스템에서는 3개 초과의 팽창기 서비스를 사용하여 사용 가능한 LIN 공급부에 의해서 냉각 효율성을 더욱 향상시킬 수 있다.
최종 시간 동안 제 3 팽창기(62) 및 제 2 열교환기(26)를 통과한 후에, 오버헤드 생산물 스트림(45)은 추가 시간을 천연 가스 스트림(24)을 냉각시키는 제 3 열교환기(64)를 통과한다. 전술한 바와 같이, 오버헤드 생산물 스트림은 GAN 배기구(66)에서 대기로 배출되거나 그렇지 않으면 폐기된다. GAN이 배출되면, GAN 플룸(plume)은 플룸의 상당 부분이 지표 수준으로 복귀하기 전에 대기에 의해 널리 분산되고 희석되기에 충분히 부력이 있어야 하며, 이는 잠재적으로 위험한 산소 결핍을 유발할 수 있다. GAN은 본질적으로 상대 습도가 0이고 비중이 주변 공기보다 약간 낮기 때문에, 실시예는 부력을 향상시키고 GAN 플룸의 분산을 촉진하기 위해 GAN 배기 온도가 지역 주변 온도보다 높도록 보장해야 한다. 배기 및 배기 스택 설계 기술 분야의 당업자는 스택 높이를 변경하고 예를 들어 벤츄리 특징에 의해 스택 설계의 일부로서 제공될 수 있는 더 높은 속도의 스택 출구를 제공하는 것을 포함하여, 플룸 분산을 개선하기 위해 온도에 대한 대안을 알고 있다.
이제 시스템(10)을 통한 천연 가스의 경로가 설명될 것이다. 천연 가스 공급부(20)는 압력으로 수용되거나 소정의 압력으로 압축된 후 직렬, 병렬 또는 직렬 및 병렬 조합의 다양한 열교환기를 통해 유동하여 냉매 또는 냉매들에 의해 냉각된다. 시스템(10)에 공급되는 천연 가스 압력은 전형적으로 20 bara 내지 100 bara이며, 상부 압력은 일반적으로 열교환 장비의 경제적 선택에 의해 제한된다. 열교환기 설계의 미래 발전으로 인해 200 bara 이상의 공급 압력이 실현될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 천연 가스 공급 압력은 약 90 bara에서 선택된다. 당업자는 천연 가스 공급 압력을 증가시키는 것이 일반적으로 LNG 액화 공정 내에서 열 전달 효과를 향상시킨다는 것을 알고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 천연 가스 공급부(20)로부터의 천연 가스는 먼저 제 3 열교환기(64)를 통해 흐른다. 제 3 열교환기는 시스템의 주요 열교환기인 제 2 열교환기(26)로 진입하기 전에 천연 가스를 사전 냉각시킨다. 또한, 제 3 열교환기는 오버헤드 생산물 스트림(45) 내의 GAN을 천연 가스 스트림의 유입 온도 근처로 가온시킨다. 원하는 경우, 제 3 열교환기(64)는 시스템(10)으로부터 제거될 수 있다.
제 1 열교환기를 빠져 나간 후, 천연 가스 스트림(24)은 제 2 열교환기(26)의 압력에서 냉각되어 응축되고, 여기서 천연 가스 스트림은 오버헤드 생산물 스트림(45)에서 GAN의 수회 통과에 의해 냉각된다. 천연 가스 스트림(24)은 이전에 기술된 바와 같이 실질적으로 모든 GAN이 제거된 온실 가스인 분리된 온실 가스 생산물 스트림(54)과 합쳐진다. 천연 가스 스트림(24)은 그 다음 LIN 공급 시스템(14)으로부터 LIN을 사용하여 천연 가스 스트림(24)을 냉각시키는 제 1 열교환기(22)를 통과한다. 원한다면, 제 1 열교환기(22)는 시스템(10)에서 제거될 수 있다. 이 지점에서, 천연 가스 스트림(24) 내의 천연 가스는 실질적으로 완전히 액화되어 LNG를 형성한다. 응축된 고압 LNG는 단상 또는 다상 유압 터빈, 주울-톰슨 밸브 또는 유사한 압력 감소 디바이스를 포함할 수 있는 압력 감소 디바이스를 통해서 주위 압력으로 감소된다. 도 1은 유압 터빈의 사용을 도시한다. 그 다음, 압력 감소 디바이스(68)를 나가는 LNG 스트림(70)은 탱크에 저장되거나, 육상 또는 유수 탱커로 전달되거나, 적절한 극저온 파이프 라인 또는 유사한 운반 장치에 전달되어 궁극적으로 LNG를 시장 위치로 전달할 수 있다.
온실 가스 제거 유닛(30)의 증류 칼럼(32)은 오버헤드 생산물 스트림(45)의 온실 가스 함량 및 온실 가스 생산물 스트림(36)의 그리고/또는 분리된 온실 가스 생산물 스트림의 질소 함량에 대한 필요한 사양을 충족시키도록 제어될 수 있다. 일반적으로, 팽창된 cGAN 스트림(29)의 기화된 온도 및 분율은 팽창된 cGAN 스트림(29)의 높은 온도 또는 더 큰 분율이 응축기 듀티를 증가시키면서, 동시에 생산물 사양에서 리보일러 듀티를 감소시키고, 상대적 응축기 및 리보일러의 듀티에 영향을 줄 것이다. 팽창된 cGAN 스트림(29)의 기화된 낮은 분율 또는 보다 낮은 온도는 반대의 효과를 갖는다. 또한, 히트 펌프 열교환기(40) 내의 열 전달율의 증가(또는 감소)는 생산물 사양에 영향을 미치는 응축기 및 리보일러 듀티들을 증가(또는 감소)시키는 경향이 있다. 팽창된 cGAN 스트림(29)의 기화된 온도 및/또는 분율 모두와 히트 펌프 열교환기(40)의 열 전달율을 조절하는 제어기(72)는 [오버헤드 압축기(38)에 의해서 부가된 초과 에너지에 대한 조정에 의해서] 응축기 및 리보일러의 듀티들 및 증류 칼럼(32)의 생산물 사양을 모두 균형을 맞추기 위해 사용될 수 있다. 실제로, 이들 제어는 제 1 터보 팽창기(28)의 입구 온도를 조정하고 칼럼 오버헤드 압축기(38)의 압력 증가를 제어함으로써 실현될 수 있다. 대안적으로, 시스템(10)의 다른 구성 요소는 동일한 결과를 달성하도록 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예가 기술되었으므로, 이제 추가적인 양태들이 설명될 것이다. 도 2는 도 1의 시스템(10)과 유사한 LNG 생산 시스템(200)을 도시한다. LNG 생산 시스템(200)은 제 3, 제 2 및 제 1 열교환기들(64, 26, 22)로 진입하기 전에 천연 가스를 최적의 압력 및 온도로 가압하고 냉각시키는데 사용되는 천연 가스 압축기(202) 및 천연 가스 냉각기(204)를 더 포함한다. 천연 가스 압축기(202) 및 천연 가스 냉각기(204)는 복수의 개별 압축기 및 냉각기 또는 단일 압축기 스테이지 및 냉각기일 수 있다. 천연 가스 압축기(202)는 원심형, 축방향, 스크류 및 왕복식 압축기를 포함하는 당업자에게 일반적으로 알려진 압축기 유형 중에서 선택될 수 있다. 천연 가스 냉각기(204)는 에어 핀, 이중 파이프, 쉘 및 튜브, 플레이트 및 프레임, 나선형 권취 및 인쇄 회로형 열교환기를 포함하는 당업자에게 일반적으로 알려진 냉각된 유형으로부터 선택될 수 있다. 천연 가스 압축기(202) 및 천연 가스 냉각기(204)에 후속하는 천연 가스 공급 압력은 이전에 언급된 범위(예를 들어, 열교환기 설계가 진행됨에 따라 20-100 bara 및 최대 200 bara)와 유사해야 한다.
도 3은 LNG 생산 시스템(200)과 유사한 LNG 생산 시스템(300)을 도시한다. LNG 생산 시스템(300)은 천연 가스 압축기(202) 및 천연 가스 냉각기(204) 다음에 천연 가스 팽창기(302)를 추가한다. 천연 가스 팽창기(302)는 터보-팽창기 또는 J-T 밸브와 같은 또 다른 유형의 압력 감소 디바이스와 같은 임의의 유형의 팽창기일 수 있다. LNG 생산 시스템(300)에서, 천연 가스 압축기(202)의 배출 압력은 열교환 장비의 경제적 선택에 의해 지시된 범위 이상으로 증가될 수 있고 과도한 압력은 천연 가스 팽창기(302)를 통해 감소될 수 있다. 압축, 냉각 및 팽창의 조합은 제 3 열교환기(64) 또는 제 2 열교환기(26)로 진입하기 전에 천연 가스 공급부를 사전 냉각시킨다. 예를 들어, 천연 가스 압축기(202)는 천연 가스 공급부를 135 bara 초과의 압력으로 압축할 수 있고, 천연 가스 팽창기는 천연 가스의 압력을 200 bara 미만으로 그러나, 어떠한 경우에도 천연 가스가 천연 가스를 압축하는 압력보다 크지 않은 압력으로 낮춘다. 한 실시예에서, 천연 가스 스트림은 천연 가스 압축기에 의해 200 bara 초과의 압력으로 압축된다. 다른 실시예에서, 천연 가스 팽창기는 천연 가스 스트림을 135 bara 미만의 압력으로 팽창시킨다. 그러나, (도 3에 도시된 바와 같이) 천연 가스 팽창기(302)의 하류의 제 3 열교환기(64)의 위치는 제 3 열교환기(64)를 통과하는 GAN의 온도를 상당히 낮춘다. 그렇게 냉각된 GAN의 온도는 지역 주위 온도 미만이고, 이로 인해 GAN을 대기 중으로 안전하고 효율적으로 배출시키는 노력이 복잡해진다.
도 4는 LNG 생산 시스템(300)과 유사한 LNG 생산 시스템(400)을 도시한다. LNG 생산 시스템(400)에서, 제 3 열교환기(64)는 천연 가스 공급부(20)로부터의 천연 가스가 천연 가스 압축기(202)를 통과하기 전에 제 3 열교환기로 진입하도록 위치한다. 도 4에 도시된 바와 같이 제 3 열교환기(64)를 배치하면, 천연 가스 압축기(202)로 진입하는 천연 가스의 온도를 감소시키고 천연 가스 압축기(202)에 의해 요구되는 압력 및 파워를 감소시킨다. 또한, GAN 배기구(66) 온도는 도 1에 도시된 실시예와 유사하게 되도록 복구된다.
도 5는 LNG 생산 시스템(300 및 400)과 유사한 LNG 생산 시스템(500)을 도시한다. LNG 생산 시스템(500)에서, 제 3 열교환기(64)는 천연 가스 압축기(202)와 천연 가스 냉각기(204) 사이에 위치된다. 이러한 배치는 LNG 생산 시스템(400)(도 4)에 의해 제공되는 천연 가스 압축기(202)의 잠재적인 파워 감소를 희생시키지만, GAN 플룸 부력 및 분산을 상당히 개선시키기 위해 GAN 배기구 온도를 크게 증가시킨다. 또한, 이러한 배치는 천연 가스 냉각기(204)의 냉각 듀티를 감소시키고, 따라서 천연 가스 냉각기(204) 및 관련 지지 시스템(예컨대, 냉각수, 공기 핀 전원 공급부 등)의 크기, 자본 비용 및 운영 비용을 감소시킨다.
도 6은 LNG 생산 시스템(400)과 유사한 LNG 생산 시스템(600)을 도시한다. LNG 생산 시스템(600)에서, 오버헤드 생산물 스트림(45) 내의 GAN은 오버헤드 생산물 스트림이 제 2 열교환기(26) 및 제 2 및 제 3 팽창기들(60, 62)을 통해서 순환할 때 히트 펌프 시스템에서 추가히트 펌프 냉각 처리된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 히트 펌프 시스템은 질소 압축기(602), 질소 냉각기(604) 및 공급-유출 열교환기(606)를 포함하며, 제 3 팽창기(62)의 상류에 부가된다. 질소 압축기(602), 질소 냉각기(604) 및 공급-유출 열교환기(606)의 이러한 조합의 추가는 제 3 팽창기(62)의 입구에서 이용 가능한 압력을 증가시키고, 단지 제 3 팽창기(62)의 입구 온도로 단지 조금만 증가시킨다. 질소 압축기(602), 질소 냉각기(604) 및 공급-유출 열교환기(606)의 이러한 조합은 제 3 팽창기(62)에 의해 생산된 파워를 증가시키고, LNG 생산 시스템(600)의 이 부분을 통해 흐르는 오버헤드 생산물 스트림(45)에서 GAN으로부터 제거된 열을 증가시킨다. 이 조합은 또한 도 4와 비교하여 제 2 열교환기(26)로 재유입되는 더 낮은 GAN 온도를 초래하며, 또한 LNG 생산 시스템(600)에서 이용 가능한 LIN 공급의 효과의 증가를 초래한다.
도 7은 분리된 온실 가스 생산물 스트림(54)의 대안적인 사용이 제시된 LNG 생산 시스템(10)과 유사한 LNG 생산 시스템(700)을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 분리된 온실 가스 생산물 스트림(54)을 천연 가스 스트림(24)과 혼합하는 대신에, 분리된 온실 가스 생산물 스트림(54)은 온실 가스 펌프(58)에서 필요한 압력으로 펌핑되고 하나 이상의 열교환기를 통해 재기화된 후 연료 가스 공급부(702)로서 사용될 수 있다. 예로서, 도 7은 제 3 열교환기(64)를 통과하는 분리된 온실 가스 생산물 스트림(54)을 도시한다. 분리된 온실 가스 생산물 스트림의 다른 용도가 가능하며 당업자에게 일반적으로 공지되어 있다.
도 8은 LNG 생산 시스템(10, 200, 400 및 600)과 유사한 LNG 생산 시스템(800)을 도시한다. LNG 생산 시스템(800)에서, 오버헤드 생산물 스트림(45) 내의 GAN의 매우 건조한 조성물은 LNG 생산 시스템(800) 내에서 추가 냉각을 실행하기 위해 사용된다. LNG 오버헤드 생산물 스트림(45)에서의 GAN의 심리 측정 냉각(Psychometric cooling)은 오버헤드 생산물 스트림(45)이 도 8에 도시된 바와 같이 제 3 열교환기(64)를 통과한 후에 오버헤드 생산물 스트림(45)에 대한 물(802)의 첨가 및 포화에 의해 섭씨 물의 동결 온도의 수, 또는 약 2-5℃ 내로 그 스트림의 온도를 감소시킬 수 있다. 더 낮은 온도를 갖는 현재의 습식 또는 포화된 GAN 스트림(804)은 제 3 열교환기(64)(또는 다른 적절한 열교환기)를 통해서 발송되어서, 유입되는 천연 가스 스트림을 추가로 예비 냉각시킬 수 있다. 당업자는 포깅(fogging) 또는 다른 노즐을 통해 흐르는 GAN 스트림 내로 물을 분무하거나 또는 GAN 및 물을 트레이, 포장 재료 또는 타워, 칼럼 또는 냉각 타워형 디바이스 내의 다른 열 및 질량 전달 디바이스를 통과시키는 것을 포함하여 많은 심리 측정 냉각을 달성하기 위해 많은 기술이 이용 가능하다는 것을 인식할 것이다. 대안적으로, 냉각수 또는 다른 열 전달 유체는 매우 건조한 GAN을 냉각 타워형 디바이스를 통과시킴으로써 이러한 심리 측정 냉각을 통해 추가로 냉각될 수 있다. 이러한 추가 냉각된 냉각수는 그 다음 LNG 생산 시스템(800) 내의 다른 스트림을 사전 냉각하여 사용 가능한 LIN 공급부의 효율성을 향상시키는데 사용될 수 있다. 마지막으로, 그렇지 않으면 매우 건조한 가스 질소에 수증기를 추가하면 GAN의 비중을 감소시키고, GAN이 도면부호 806에서 배출되면 GAN 플룸 부양 및 분산을 개선한다.
도시된 도면은 각각 LNG 생산 시스템(10, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800)의 일부로서 온실 가스 제거 유닛(30)을 도시하는데, 온실 가스 제거 유닛은 증류 기술 및 방법에 기초한다. 대안 시스템 및 방법은 LIN 공급부(14)의 온실 가스 오염물을 제거하는데 사용될 수 있다. 이들 대안 방법은 상세히 도시되지는 않았지만, 압력 변동, 온도 변동 또는 압력 및 온도 변동의 조합을 포함하는 흡착 공정; 활성 탄소 베드와 같은 벌크 흡착 또는 흡착; 또는 촉매 공정을 포함할 수 있다.
개시된 실시예에서의 열교환기는 LIN 공급부(14)로부터 공급된 LIN, GAN 단독으로 또는 이들의 조합에 의해 냉각되는 것으로 설명되었다. 그러나, LNG 생산물 시스템(10) 내의 천연 가스 또는 질소와의 유체 연결되지 않은 보조 냉각 시스템을 사용함으로써 개시된 열교환기 중 어느 하나의 냉각 능력을 증가시킬 수 있다. 보조 냉각 시스템에 의해서 사용되는 냉매는 임의의 적합한 탄화수소 가스(예를 들어, 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판 등의 알켄 또는 알칸 등), 불활성 가스(예를 들어, 질소, 헬륨, 아르곤 등) 또는 당업자에게 공지된 다른 냉매를 포함할 수 있다. 도 9는 냉매로서 아르곤 스트림(902)을 사용하여 온실 가스 제거 유닛(30)의 히트 펌프 열교환기(40)에 추가적인 냉각 능력을 제공하는 보조 냉각 시스템(900)을 도시한다. 보조 냉각 시스템(900)은 아르곤 스트림(902)을 적절한 압력으로 압축하는 보조 압축기(904)를 포함한다. 이어서, 아르곤 스트림(902)은 냉각기(906)로서 도 9에 도시된 보조 열교환기를 통과한다. 아르곤 스트림(902)은 주울-톰슨 밸브 또는 팽창기와 같은 보조 압력 감소 디바이스(908)를 통과한다. 그 후, 아르곤 스트림(902)은 히트 펌프 열교환기(40)를 통과하여 온실 가스 생산물 스트림(36) 내의 온실 가스를 냉각시키기 위해 증류 칼럼 오버헤드 스트림(34)에서 GAN의 냉각 노력을 보조한다. 아르곤 스트림(902)은 그 다음 상술한 바와 같이 압축기(904)를 통해서 재순환된다.
보조 냉각 시스템(900)과 유사한 보조 냉각 시스템은 제 1 열교환기(22), 제 2 열교환기(26), 제 3 열교환기(64) 및/또는 공급-유출 열교환기(606)와 같이, 본원에 개시된 다른 열교환기의 냉각 효과를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 또한, 보조 냉각 시스템(900)의 냉매는 LNG 생산 시스템(10)에 유체 연결되지 않지만, 일부 실시예에서는 냉매가 천연 가스 스트림 및/또는 LNG 생산 시스템의 질소 스트림으로부터 공급될 수 있다. 또한, 보조 열교환기(904)는 LIN 스트림(12), 천연 가스 스트림(24), cGAN 스트림(27) 또는 온실 가스 생산물 스트림(36)과 같은 LNG 생산 시스템(10)의 가스 스트림 및/또는 액체 스트림과 열교환(또는 냉각 교환)할 수 있다.
도 10은 개시된 양태에 따라 LNG를 생산하는 방법(1000)을 도시한다. 블록(1002)에서, 천연 가스 스트림은 천연 가스 공급부로부터 제공된다. 블록(1004)에서, LIN 스트림과 같은 냉매 스트림이 냉매 공급부로부터 제공된다. 블록(1006)에서, 천연 가스 스트림 및 액화 질소 스트림은 냉매 스트림과 천연 가스 스트림 사이에서 열을 교환하여 냉매 스트림을 적어도 부분적으로 기화시키고 천연 가스 스트림을 적어도 부분적으로 응축시키는 제 1 열교환기를 통과한다. 블록(1008)에서 천연 가스 스트림은 천연 가스 압축기에서 적어도 135 bara의 압력으로 압축되어 압축 천연 가스 스트림을 형성한다. 블록(1010)에서, 압축 천연 가스 스트림은 천연 가스 냉각기에서 냉각된다. 천연 가스 냉각기에 의해 냉각된 후, 블록(1012)에서, 압축 천연 가스 스트림은 천연 가스 팽창기에서 200 bara 미만의 압력으로 그러나, 천연 가스 압축기가 천연 가스 스트림을 압축하는 압력보다 크지 않은 압력으로 팽창된다. 블록(1014)에서, 천연 가스 냉각기로부터의 천연 가스가 내부에서 적어도 부분적으로 응축되도록 적어도 하나의 열교환기에 공급된다.
도 11은 천연 가스 스트림을 액화시키는데 사용되는 액체 질소 스트림에서 온실 가스 오염물을 제거하는 방법(1100)을 도시한다. 블록(1102)에서 천연 가스 스트림은 천연 가스 압축기에서 적어도 135 bara의 압력으로 압축되어 압축 천연 가스 스트림을 형성한다. 블록(1104)에서, 압축 천연 가스 스트림은 천연 가스 냉각기에서 냉각된다. 천연 가스 냉각기에 의해 냉각된 후에, 블록(1106)에서, 압축 천연 가스 스트림은 천연 가스 팽창기에서 200 bara 미만의 압력으로 그러나, 천연 가스 압축기가 천연 가스 스트림을 압축하는 압력보다 크지 않은 압력으로 팽창된다. 블록(1108)에서, 천연 가스 스트림 및 액화 질소 스트림은 액화 질소 스트림과 천연 가스 스트림 사이에서 열을 교환하여 액화 질소 스트림을 적어도 부분적으로 기화시키고 천연 가스 스트림을 적어도 부분적으로 응축시키는 제 1 열교환기를 통과한다. 액화 질소 스트림은 제 1 열교환기를 통해 적어도 한 번, 바람직하게는 적어도 세 번 순환된다. 블록(1110)에서, 적어도 부분적으로 기화된 질소 스트림의 압력은 바람직하게는 적어도 하나의 팽창기 서비스를 사용하여 감소될 수 있다. 블록(1112)에서, 증류 칼럼 및 히트 펌프 응축기 및 리보일러 시스템을 포함하는 온실 가스 제거 유닛이 제공된다. 블록(1114)에서, 증류 칼럼의 오버헤드 스트림의 압력 및 응축 온도가 증가된다. 블록(1116)에서, 증류 칼럼 오버헤드 스트림의 오버헤드 스트림 및 증류 칼럼의 하부 스트림이 교차 교환되어 오버헤드 응축기 듀티 및 증류 칼럼의 하부 리보일러 듀티에 영향을 미친다. 블록(1118)에서, 증류 칼럼 오버헤드 스트림의 압력은 교차 교환 단계 후에 감소되어 압력 감소 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 생산한다. 블록(1120)에서 압력 감소 증류 칼럼 오버헤드 스트림은 분리되어 그로부터 온실 가스가 제거된 온실 가스 제거 유닛을 빠져 나가는 가스 질소의 제 1 분리기 오버헤드 스트림을 생산한다. 블록(1122)에서, 제 1 분리기 오버헤드 스트림은 대기로 배출된다.
실시예들 및 양태들은 천연 가스를 액화시키기 위해 사용되는 LIN 스트림으로부터 온실 가스 오염물들을 제거하는 효과적인 방법을 제공한다. 본 발명의 장점은 온실 가스 제거 유닛(30) 내의 히트 펌프 시스템이 온실 가스를 질소로부터 분리하기 위해 외부 가열 또는 냉각 소스의 필요성을 제거한다는 것이다.
LIN으로부터 온실 가스를 효율적으로 제거하는 또다른 장점은 LIN 저장 시설이 보다 경제적으로 LNG 저장 시설로서 사용될 수 있고, 그에 의해서 천연 가스 처리 시설의 영역 풋프린트(areal footprint)를 감소시킬 수 있다는 것이다.
또다른 장점은 가스 질소가 대기로의 원치 않는 온실 가스의 방출없이 배출될 수 있다는 것이다.
비록 도 1 내지 도 11과 관련하여 여기에서 논의된 예시적인 실시예가 LIN을 1 차 냉각제로서 사용하여 LNG를 생산하는 것에 관한 것이지만, 당업자는 그 원리가 다른 냉각 방법 및 냉각제에 적용된다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 개시된 방법 및 시스템은 LNG 및 LIN에 대한 공통 저장 장치가 없는 곳에서 사용될 수 있으며, 단순히 LNG 또는 다른 액화 방법에서 사용되는 냉각제를 정화하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예들은 다음의 번호가 매겨진 단락들에 도시된 방법들 및 시스템들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이는 임의의 수의 변형이 상기 설명으로부터 구상될 수 있기 때문에, 이는 모든 가능한 실시예들의 전체 목록으로 간주되어서는 안된다.
1. 액화 천연 가스 생산 시스템에 있어서,
천연 가스 공급부로부터의 천연 가스 스트림;
냉매 공급부로부터의 냉매 스트림;
상기 냉매 스트림 및 상기 천연 가스 스트림 사이에서 열교환하여 상기 냉매 스트림을 적어도 부분적으로 기화하고 상기 천연 가스 스트림을 적어도 부분적으로 응축시키는 적어도 하나의 열교환기;
상기 천연 가스 스트림을 적어도 135 bara의 압력으로 압축하여 압축 천연 가스 스트림을 형성하는 천연 가스 압축기;
상기 천연 가스 압축기에 의해서 압축된 후에 상기 압축된 천연 가스 스트림을 냉각시키는 천연 가스 냉각기; 및
상기 천연 가스 냉각기에 의해서 냉각된 후에, 상기 압축된 천연 가스 스트림을 200 bara 미만의 압력으로 그러나, 상기 천연 가스 압축기가 상기 천연 가스 스트림을 압축시키는 압력보다 크지 않은 압력으로 팽창시키는 천연 가스 팽창기를 포함하고,
상기 천연 가스 팽창기는 상기 적어도 하나의 열교환기에 연결되어서 천연 가스를 공급하는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
2. 제 1 문단에 있어서,
상기 천연 가스 압축기는 상기 천연 가스 스트림을 200 bara 초과의 압력으로 압축시키는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
3. 제 1 문단 또는 제 2 문단에 있어서,
상기 천연 가스 팽창기는 상기 압축된 천연 가스 스트림을 135 bara 미만의 압력으로 팽창시키는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
4. 제 1 문단 내지 제 3 문단 중 어느 한 문단에 있어서,
상기 적어도 하나의 열교환기는 제 1 열교환기를 포함하고 그리고 상기 천연 가스 스트림이 상기 천연 가스 압축기에서 압축되기 전에 상기 천연 가스 스트림을 냉각시키는 제 2 열교환기를 추가로 포함하는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
5. 제 4 문단에 있어서,
상기 냉매 스트림은 상기 제 2 열교환기에서 상기 천연 가스 스트림을 냉각시키는데 사용되는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
6. 제 1 문단 내지 제 5 문단 중 어느 한 문단에 있어서,
상기 적어도 하나의 열교환기는 제 1 열교환기를 포함하고 그리고 상기 압축된 천연 가스 스트림이 상기 천연 가스 냉각기에서 냉각되기 전에 상기 압축된 천연 가스 스트림을 냉각시키는 제 2 열교환기를 추가로 포함하는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
7. 제 1 문단 내지 제 6 문단 중 어느 한 문단에 있어서,
상기 냉매 스트림은 액화 질소 스트림을 포함하고, 상기 적어도 하나의 열교환기는 상기 질소 스트림을 적어도 부분적으로 기화시키는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
8. 제 7 문단에 있어서,
상기 적어도 부분적으로 기화된 질소 스트림으로부터 온실 가스를 제거하도록 구성된 온실 가스 제거 유닛을 추가로 포함하는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
9. 제 8 문단에 있어서,
상기 온실 가스 제거 유닛은 히트 펌프 응축기 및 리보일러 시스템을 구비한 증류 칼럼을 포함하고, 상기 적어도 부분적으로 기화된 질소 스트림의 압력을 감소시키는 적어도 하나의 팽창기 서비스를 추가로 포함하고, 상기 증류 칼럼의 유입 스트림은 상기 적어도 하나의 팽창기 서비스 중 제 1 팽창기 서비스의 유출 스트림인, 액화 천연 가스 생산 시스템.
10. 제 9 문단에 있어서,
히트 펌프 시스템을 추가로 포함하고, 상기 적어도 부분적으로 기화된 질소 스트림이 상기 적어도 하나의 팽창기 서비스 중 제 1 팽창기 서비스를 통과한 후에 상기 히트 펌프 시스템을 통해서 유동하는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
11. 제 10 문단에 있어서,
상기 히트 펌프 시스템은 히트 펌프 압축기, 히트 펌프 냉각기 및 공급-유출 열교환기를 포함하는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
12. 제 1 문단 내지 제 9 문단 중 어느 한 문단에 있어서,
상기 천연 가스 스트림이 상기 적어도 하나의 열교환기로 진입하기 전에, 상기 천연 가스 스트림을 사전 냉각시키기 위해 상기 적어도 부분적으로 기화된 질소 스트림을 사용하는 열교환기를 추가로 포함하는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
13. 제 1 문단 내지 제 12 문단 중 어느 한 문단에 있어서,
상기 천연 가스 냉각기는 상기 천연 가스 압축기에 의해서 압축시킨 후에 상기 압축된 천연 가스 스트림을 거의 주변 온도로 냉각시키도록 구성되는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
14. 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법에 있어서,
천연 가스 공급부로부터의 천연 가스 스트림을 제공하는 단계;
냉매 공급부로부터의 냉매 스트림을 제공하는 단계;
상기 냉매 스트림 및 상기 천연 가스 스트림 사이에서 열교환하여 상기 냉매 스트림을 적어도 부분적으로 기화하고 상기 천연 가스 스트림을 적어도 부분적으로 응축시키는 제 1 열교환기를 통해서, 상기 천연 가스 스트림 및 상기 액화 질소 스트림을 통과시키는 단계;
압축 천연 가스 스트림을 형성하기 위하여 천연 가스 압축기에서 상기 천연 가스 스트림을 적어도 135 bara의 압력으로 압축시키는 단계;
상기 천연 가스 압축기에 의해서 압축된 후에 천연 가스 냉각기에서 상기 압축된 천연 가스 스트림을 냉각시키는 단계;
상기 천연 가스 냉각기에 의해서 냉각된 후에, 상기 압축된 천연 가스 스트림을 200 bara 미만의 압력으로 그러나, 상기 천연 가스 압축기가 상기 천연 가스 스트림을 압축시키는 압력보다 크지 않은 압력으로 천연 가스 팽창기에서 상기 압축된 천연 가스 스트림을 팽창시키는 단계; 그리고
내부에서 적어도 부분적으로 응축시키기 위해 상기 천연 가스 냉각기로부터 상기 적어도 하나의 열교환기로 천연 가스를 공급하는 단계를 포함하는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
15. 제 14 문단에 있어서,
상기 천연 가스 압축기는 상기 천연 가스 스트림을 200 bara 초과의 압력으로 압축시키는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
16. 제 14 문단 또는 제 15 문단에 있어서,
상기 천연 가스 팽창기는 상기 압축된 천연 가스 스트림을 135 bara 미만의 압력으로 팽창시키는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
17. 제 14 문단 내지 제 16 문단 중 어느 한 문단에 있어서,
상기 적어도 하나의 열교환기는 제 1 열교환기를 포함하고, 상기 방법은 상기 천연 가스 압축기에서 상기 천연 가스 스트림을 압축시키기 전에 제 2 열교환기에서 상기 천연 가스 스트림을 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
18. 제 17 문단에 있어서,
상기 냉매 스트림은 상기 제 2 열교환기에서 상기 천연 가스 스트림을 냉각시키는데 사용되는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
19. 제 14 문단 내지 제 18 문단 중 어느 한 문단에 있어서,
상기 적어도 하나의 열교환기는 제 1 열교환기를 포함하고, 상기 방법은 상기 천연 가스 냉각기에서 냉각되는 상기 압축된 천연 가스 스트림을 냉각시키기 전에 제 2 열교환기에서 상기 압축된 천연 가스 스트림을 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
20. 제 14 문단 내지 제 19 문단 중 어느 한 문단에 있어서,
상기 냉매 스트림은 액화 질소 스트림을 포함하고, 상기 적어도 하나의 열교환기는 상기 질소 스트림을 적어도 부분적으로 기화시키는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
21. 제 20 문단에 있어서,
온실 가스 제거 유닛을 사용하여 상기 적어도 부분적으로 기화된 질소 스트림으로부터 온실 가스를 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
22. 제 21 문단에 있어서,
상기 온실 가스 제거 유닛은 증류 칼럼 및 히트 펌프 응축기 및 리보일러 시스템을 포함하고, 상기 방법은:
상기 증류 칼럼의 오버헤드 스트림의 압력 및 응축 온도를 증가시키는 단계;
상기 증류 칼럼의 오버헤드 응축기 듀티 및 하부 리보일러 듀티 모두에 영향을 주기 위하여 상기 증류 칼럼의 하부 스트림 및 상기 증류 칼럼의 오버헤드 스트림을 교차 교환시키는 단계;
압력 감소 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 생산하기 위하여 상기 교차 교환 단계 후에 상기 증류 칼럼 오버헤드 스트림의 압력을 감소시키는 단계; 그리고
제 1 분리기 오버헤드 스트림을 생산하기 위하여 상기 압력 감소된 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 분리시키는 단계로서, 상기 제 1 분리기 오버헤드 스트림은 그로부터 제거된 온실 가스들을 갖는 상기 온실 가스 제거 유닛을 빠져 나오는 가스 질소인, 상기 분리 단계를 포함하는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
23. 제 22 문단에 있어서,
상기 적어도 하나의 팽창기 서비스 중 제 1 팽창기 서비스를 통해서 유동한 후에 상기 히트 펌프 시스템을 통해서 상기 적어도 부분적으로 기화된 질소 스트림을 유동시키는 단계를 추가로 포함하는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
24. 제 14 문단 내지 제 23 문단 중 어느 한 문단에 있어서,
상기 천연 가스 냉각기는 상기 천연 가스 압축기에 의해서 압축시킨 후에 상기 압축된 천연 가스 스트림을 거의 주변 온도로 냉각시키는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
25. 천연 가스 스트림을 액화시키는데 사용된 액체 질소 스트림에서 온실 가스 오염물들을 제거하는 방법에 있어서,
압축 천연 가스 스트림을 형성하기 위하여 천연 가스 압축기에서 상기 천연 가스 스트림을 적어도 135 bara의 압력으로 압축시키는 단계;
상기 천연 가스 압축기에 의해서 압축된 후에 천연 가스 냉각기에서 상기 압축된 천연 가스 스트림을 냉각시키는 단계;
상기 천연 가스 냉각기에 의해서 냉각된 후에, 천연 가스 팽창기에서 상기 압축된 천연 가스 스트림을 200 bara 미만의 압력으로 그러나, 상기 천연 가스 압축기가 상기 천연 가스 스트림을 압축시키는 압력보다 크지 않은 압력으로 상기 압축된 천연 가스를 팽창시키는 단계;
상기 액화 질소 스트림 및 상기 천연 가스 스트림 사이에서 열교환하여 상기 액화 질소 스트림을 적어도 부분적으로 기화하고 상기 천연 가스 스트림을 적어도 부분적으로 응축시키는 제 1 열교환기를 통해서, 상기 천연 가스 스트림 및 상기 액화 질소 스트림을 통과시키는 단계로서, 상기 액화 질소 스트림은 상기 제 1 열교환기를 통해서 적어도 3번 순환되는, 상기 통과 단계;
적어도 하나의 팽창기 서비스를 사용하여 상기 적어도 부분적으로 기화된 질소 스트림의 압력을 감소시키는 단계;
증류 칼럼 및 히트 펌프 응축기 및 리보일러 시스템을 포함하는 온실 가스 제거 유닛을 제공하는 단계;
상기 증류 칼럼의 오버헤드 스트림의 압력 및 응축 온도를 증가시키는 단계;
상기 증류 칼럼의 오버헤드 응축기 듀티 및 하부 리보일러 듀티에 모두 영향을 주기 위하여 상기 증류 칼럼의 하부 스트림 및 증류 칼럼 오버헤드 스트림의 오버헤드 스트림을 교차 교환시키는 단계;
압력 감소 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 생산하기 위하여 상기 교차 교환 단계 후에 상기 증류 칼럼 오버헤드 스트림의 압력을 감소시키는 단계;
제 1 분리기 오버헤드 스트림을 생산하기 위하여 상기 압력 감소된 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 분리시키는 단계로서, 상기 제 1 분리기 오버헤드 스트림은 온실 가스들이 제거된 상기 온실 가스 제거 유닛을 빠져 나오는 가스 질소인, 상기 분리 단계; 그리고
상기 제 1 분리기 오버헤드 스트림을 대기로 배출시키는 단계를 포함하는, 온실 가스 오염물들을 제거하는 방법.
전술한 내용이 본 발명의 실시예에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예 및 추가 실시예는 본 발명의 기본 범위를 벗어나지 않고 개발될 수 있으며, 그 범위는 다음의 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (25)

  1. 액화 천연 가스 생산 시스템으로서,
    천연 가스 공급부로부터의 천연 가스 스트림;
    냉매 공급부로부터의 냉매 스트림;
    상기 냉매 스트림 및 상기 천연 가스 스트림 사이에서 열교환하여 상기 냉매 스트림을 적어도 부분적으로 기화하고 상기 천연 가스 스트림을 적어도 부분적으로 응축시키는 적어도 하나의 열교환기;
    상기 천연 가스 스트림을 적어도 135 bara의 압력으로 압축하여 압축된 천연 가스 스트림을 형성하는 천연 가스 압축기;
    상기 천연 가스 압축기에 의해서 압축된 후에 상기 압축된 천연 가스 스트림을 냉각시키는 천연 가스 냉각기로서, 상기 압축된 천연 가스 스트림을 주위 온도로 냉각시키도록 구성된, 상기 천연 가스 냉각기; 및
    상기 천연 가스 냉각기에 의해서 냉각된 후에, 상기 압축된 천연 가스 스트림을 200 bara 미만의 압력으로, 그러나 상기 천연 가스 압축기가 상기 천연 가스 스트림을 압축시키는 압력보다 높지 않은 압력으로 팽창시키는 천연 가스 팽창기;를 포함하고,
    상기 천연 가스 팽창기는 상기 적어도 하나의 열교환기에 천연 가스를 공급하기 위해 상기 적어도 하나의 열교환기에 연결되며,
    상기 적어도 하나의 열교환기는 제 1 열교환기를 포함하고, 그리고
    상기 적어도 하나의 열교환기는
    상기 천연 가스 스트림이 상기 천연 가스 압축기에서 압축되기 전에 상기 천연 가스 스트림을 냉각시키거나, 또는
    상기 압축된 천연 가스 스트림이 상기 천연 가스 냉각기에서 냉각되기 전에 상기 압축된 천연 가스 스트림을 냉각시키는
    제 2 열교환기를 추가로 포함하는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 천연 가스 압축기는 상기 천연 가스 스트림을 200 bara 초과의 압력으로 압축시키는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 천연 가스 팽창기는 상기 압축된 천연 가스 스트림을 135 bara 미만의 압력으로 팽창시키는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매 스트림은 상기 제 2 열교환기에서 상기 천연 가스 스트림을 냉각시키는데 사용되는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매 스트림은 액화 질소 스트림을 포함하고, 상기 적어도 하나의 열교환기는 상기 질소 스트림을 적어도 부분적으로 기화시켜서, 적어도 부분적으로 기화된 질소 스트림을 생성하는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 부분적으로 기화된 질소 스트림으로부터 온실 가스를 제거하도록 구성된 온실 가스 제거 유닛을 추가로 포함하는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 온실 가스 제거 유닛은 히트 펌프 응축기 및 리보일러 시스템을 구비한 증류 칼럼을 포함하고,
    상기 액화 천연 가스 생산 시스템은 상기 적어도 부분적으로 기화된 질소 스트림의 압력을 감소시키는 적어도 하나의 팽창기 서비스를 추가로 포함하고, 상기 증류 칼럼의 유입 스트림은 상기 적어도 하나의 팽창기 서비스 중 제 1 팽창기 서비스의 유출 스트림인, 액화 천연 가스 생산 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    히트 펌프 시스템을 추가로 포함하고, 상기 적어도 부분적으로 기화된 질소 스트림은 상기 적어도 하나의 팽창기 서비스 중 제 1 팽창기 서비스를 통해서 유동한 후에 상기 히트 펌프 시스템을 통해서 유동하는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 히트 펌프 시스템은 히트 펌프 압축기, 히트 펌프 냉각기, 및 공급-유출 열교환기를 포함하는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 천연 가스 스트림이 상기 적어도 하나의 열교환기로 진입하기 전에 상기 천연 가스 스트림을 사전 냉각시키기 위하여 상기 적어도 부분적으로 기화된 질소 스트림을 사용하는 열교환기를 추가로 포함하는, 액화 천연 가스 생산 시스템.
  11. 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법으로서,
    천연 가스 공급부로부터 천연 가스 스트림을 제공하는 단계;
    냉매 공급부로부터 냉매 스트림을 제공하는 단계;
    상기 냉매 스트림 및 상기 천연 가스 스트림 사이에서 열교환하여 상기 냉매 스트림을 적어도 부분적으로 기화하고 상기 천연 가스 스트림을 적어도 부분적으로 응축시키는 적어도 하나의 열교환기를 통해서, 상기 천연 가스 스트림 및 상기 냉매 스트림을 통과시키는 단계;
    압축된 천연 가스 스트림을 형성하기 위해 천연 가스 압축기에서 상기 천연 가스 스트림을 적어도 135 bara의 압력으로 압축시키는 단계;
    상기 천연 가스 압축기에 의해서 압축된 후에 상기 압축된 천연 가스 스트림을 천연 가스 냉각기에서 냉각시키는 단계로서, 상기 천연 가스 냉각기는 상기 압축된 천연 가스 스트림을 주위 온도로 냉각시키는, 상기 냉각 단계;
    상기 천연 가스 냉각기에 의해서 냉각된 후에, 상기 압축된 천연 가스 스트림을 200 bara 미만의 압력으로, 그러나 상기 천연 가스 압축기가 상기 천연 가스 스트림을 압축시키는 압력보다 높지 않은 압력으로 천연 가스 팽창기에서 팽창시키는 단계; 및
    내부에서 적어도 부분적으로 응축되도록 상기 천연 가스 냉각기로부터 상기 적어도 하나의 열교환기로 천연 가스를 공급하는 단계;를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 열교환기는 제 1 열교환기를 포함하고, 그리고
    상기 적어도 하나의 열교환기는
    상기 천연 가스 스트림이 상기 천연 가스 압축기에서 압축되기 전에 상기 천연 가스 스트림을 냉각시키거나, 또는
    상기 압축된 천연 가스 스트림이 상기 천연 가스 냉각기에서 냉각되기 전에 상기 압축된 천연 가스 스트림을 냉각시키는
    제 2 열교환기를 추가로 포함하는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 천연 가스 압축기는 상기 천연 가스 스트림을 200 bara 초과의 압력으로 압축시키는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 천연 가스 팽창기는 상기 압축된 천연 가스 스트림을 135 bara 미만의 압력으로 팽창시키는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 냉매 스트림은 상기 제 2 열교환기에서 상기 천연 가스 스트림을 냉각시키는데 사용되는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 냉매 스트림은 액화 질소 스트림을 포함하고, 상기 적어도 하나의 열교환기는 상기 질소 스트림을 적어도 부분적으로 기화시켜서, 적어도 부분적으로 기화된 질소 스트림을 생성하는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    온실 가스 제거 유닛을 사용하여 상기 적어도 부분적으로 기화된 질소 스트림으로부터 온실 가스를 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 온실 가스 제거 유닛은 증류 칼럼 및 히트 펌프 응축기 및 리보일러 시스템을 포함하고, 상기 방법은:
    상기 증류 칼럼의 오버헤드 스트림의 압력 및 응축 온도를 증가시키는 단계;
    상기 압력 및 응축 온도를 증가시키는 단계 후에, 상기 증류 칼럼의 오버헤드 응축기 듀티 및 하부 리보일러 듀티 모두에 영향을 주기 위하여 상기 증류 칼럼의 오버헤드 스트림 및 상기 증류 칼럼의 하부 스트림을 교차 교환시키는 단계;
    압력 감소된 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 생산하기 위하여 상기 교차 교환시키는 단계 후에 상기 증류 칼럼 오버헤드 스트림의 압력을 감소시키는 단계; 및
    제 1 분리기 오버헤드 스트림을 생산하기 위하여 상기 압력 감소된 증류 칼럼 오버헤드 스트림을 분리시키는 단계로서, 상기 제 1 분리기 오버헤드 스트림은 온실 가스들이 제거되는 상기 온실 가스 제거 유닛을 빠져나오는 가스 질소인, 상기 분리 단계;를 추가로 포함하는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    적어도 하나의 팽창기 서비스 중 제 1 팽창기 서비스를 통해서 유동한 후에, 히트 펌프 시스템을 통해서 상기 적어도 부분적으로 기화된 질소 스트림을 유동시키는 단계를 추가로 포함하는, 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법.
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