KR102094587B1 - 보일 오프 가스 스트림 취급 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

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코르넬리스 얀 핀크
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쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이.
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Abstract

액화 탄화수소 저장 탱크로부터 나온 보일 오프 가스 (BOG) 스트림 (15) 은 BOG 열교환기 공급 스트림 (25) 과 BOG 바이패스 스트림 (35) 으로 분할된다. BOG 열교환기 공급 스트림 (25) 은 프로세스 스트림 (135) 에 대하여 BOG 열교환기 (40) 에서 열교환되어서, 가열된 BOG 스트림 (45) 과 냉각된 프로세스 스트림 (195) 을 제공한다. 가열된 BOG 스트림 (45) 은 온도 제어된 BOG 스트림 (55) 을 제공하기 위해서 BOG 바이패스 스트림 (35) 과 결합된다. 여기에서, 프로세스 스트림 (135) 의 질량 유동은 측정된 제 1 온도를 제 1 설정점 온도를 향해 이동시키도록 (i) 가열된 BOG 스트림 (45) 과 (ii) 냉각된 프로세스 스트림 (195) 중 적어도 하나의 측정된 제 1 온도에 응하여 제어되고; BOG 열교환기 공급 스트림 (25) 과 BOG 바이패스 스트림 (35) 중 하나 또는 양자의 질량 유동은 측정된 제 2 온도를 제 2 설정점 온도를 향해 이동시키도록 온도 제어된 BOG 스트림 (55) 의 측정된 제 2 온도에 응하여 제어된다.

Description

보일 오프 가스 스트림 취급 방법 및 이를 위한 장치 {METHOD OF HANDLING A BOIL OFF GAS STREAM AND AN APPARATUS THEREFOR}
본 발명은 극저온으로 저장된 액화 탄화수소 인벤토리로부터의 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 방법, 및 이를 위한 장치를 제공한다.
극저온으로 저장된 액화 탄화수소 인벤토리의 경제적으로 중요한 예로는 액화 천연 가스 (LNG) 가 있다. 액화 천연 가스는 대기압 근방에서 약 -162 ℃ 로 저장될 수도 있다.
천연 가스는 유용한 연료 공급원 (fuel source) 일뿐만 아니라, 다양한 탄화수소 화합물의 공급원이다. 종종 많은 이유 때문에 천연 가스 스트림의 공급원에서 또는 그 가까이에서 액화 천연 가스 (LNG) 플랜트의 천연 가스를 액화하는 것이 바람직하다. 일례로서, 천연 가스는 적은 부피를 차지하고 고압으로 저장될 필요가 없기 때문에 가스 형태보다 액체로서 더욱 쉽게 저장되고 장거리 수송될 수 있다.
대개, 주로 메탄을 포함하는 천연 가스는 상승된 압력에서 LNG 플랜트로 유입되고 극저온에서 액화에 적합한 정화된 공급 스트림을 생성하도록 예비 처리된다. 정화된 가스는 액화가 달성될 때까지 그 가스의 온도를 점진적으로 감소시키기 위해서 열교환기를 이용한 복수의 냉각 스테이지를 통하여 프로세싱된다. 그 후, 액화 천연 가스는 추가 냉각되고 저장과 수송에 적합한 최종 대기압으로 팽창된다.
액화 천연 가스는 보통 극저온 조건 하에 저장된다. LNG 저장 및 취급 중 온도 변화는 보일 오프 가스 (BOG) 로도 불리는 천연 가스 증기로서 액화 천연 가스 일부의 기화를 유발할 수 있다. 보일 오프 가스는 극저온 저장 탱크에 유지되는 액화 천연 가스로부터 생성될 수도 있고, 또는 특히 극저온 저장 탱크로부터 LNG 캐리어 선박까지 LNG 의 이송 중 LNG 가 불충분하게 차가운 수송관을 통과한 결과 생성될 수도 있다.
미국 특허 제 6,658,892 호는 천연 가스를 액화하기 위한 프로세스를 개시하는데 LNG 저장 탱크로부터 나오는 보일 오프 가스는 가열된 (warmed) 보일 오프 가스 스트림을 제공하기 위해서 송풍기에 의해 공통 리젝트 (reject) 가스 열교환기를 통과한다. 가열된 보일 오프 가스 스트림은 공통 연료 가스 압축기에서 압축되기 전 가열된 엔드 플래시 (end flash) 가스 스트림과 결합된다. 공통 리젝트 가스 열교환기는 가열 라인 유체 스트림에 저온 회수를 제공한다. 가열 라인 유체 스트림은 공급 가스의 일부, 스크러브 탑 (scrub column) 오버헤드 가스 및/또는 다른 유체들을 포함할 수 있다.
공통 연료 가스 압축기로 통과하는 결합된 가열 보일 오프 가스 스트림과 가열 엔드 플래시 가스 스트림은, 액화 플랜트가 작동되는 모드에 따라 온도를 바꿀 수도 있다.
유지 모드에서, 액화 플랜트에 의해 생성되는 LNG 는 극저온 저장 탱크로 이송된다. 극저온 저장 탱크로부터 생성된 보일 오프 가스는 정적 온도, 예컨대 -150 ℃ 미만일 것이다. 하지만, LNG 캐리어 선박에 LNG 가 적재되고 액화 플랜트가 적재 모드에 놓일 때, 연통하는 수송관 및 선박 저장 탱크의 냉각에 의해 생성될 수도 있다. 보일 오프 가스는 연통하는 수송관 및/또는 캐리어 선박으로부터 액화 플랜트까지 하나 이상의 송풍기에 의해 부가적 보일 오프 가스가 복귀될 수 있다.
송풍기의 작동은, 예컨대 과열로 인해 액화 플랜트의 저장 탱크로부터 생성되는 보일 오프 가스보다 종종 상당히 더 고온인 다른 온도에서 보일 오프 가스를 생성할 수 있다. 이것은, 흡입 온도의 범위에서 다른 양의 유체를 취급하기 위해, 미국 특허 제 6,658,892 호에 개시된 것과 같은 공통 연료 가스 압축기가 요구될 것이라는 것을 의미한다.
예컨대 적재 모드와 유지 모드 사이에서, 공통 연료 가스 압축기로 통과하는 결합된 가열 보일 오프 가스 스트림과 가열 엔드 플래시 가스 스트림의 온도를 변화시킴에 따라, 압축기 유입구에서 유체의 밀도가 변할 것이다. 이것은 질량 유동의 변화에 대응한다. 설계된 작동 조건으로부터 벗어난 질량 유동의 감소는 압축기의 비출력 또는 효율 저하를 유발할 수도 있다.
따라서, 이런 온도 변화는 예컨대 연료 가스를 제공하기 위해서 예컨대 이 스트림을 압축하고자 한다면 이 스트림의 추가 프로세싱을 더욱 어렵게 만들 수도 있다.
본 발명은 극저온으로 저장된 액화 탄화수소 인벤토리로부터의 보일 오프 가스 (BOG) 스트림을 취급하는 방법을 제공하고, 이 방법은:
- 액화 탄화수소 저장 탱크로부터 보일 오프 가스 스트림을 제공하는 단계;
- BOG 스트림을 BOG 열교환기 공급 스트림과 BOG 바이패스 스트림으로 분할하는 단계;
- BOG 열교환기에서 BOG 열교환기 공급 스트림을 프로세스 스트림에 대하여 열교환하여서, 가열된 BOG 스트림과 냉각된 프로세스 스트림을 제공하는 단계; 및
- 온도 제어된 BOG 스트림을 제공하기 위해서, 가열된 BOG 스트림과 BOG 바이패스 스트림을 결합하는 단계를 적어도 포함하고, 프로세스 스트림의 질량 유동은, 측정된 제 1 온도를 제 1 설정점 온도를 향하여 이동시키기 위해서 (i) 가열된 BOG 스트림과 (ii) 냉각된 프로세스 스트림 중 적어도 하나의 측정된 제 1 온도에 응하여 제어되고, BOG 열교환기 공급 스트림과 BOG 바이패스 스트림 중 하나 또는 양자의 질량 유동은 측정된 제 2 온도를 제 2 설정점 온도를 향하여 이동시키기 위해서 온도 제어된 BOG 스트림의 측정된 제 2 온도에 응하여 제어된다.
또한, 상기 방법에 있어서, BOG 압축기 공급 스트림을 제공하기 위해서 상기 온도 제어된 BOG 스트림을 BOG 압축기 녹아웃 드럼으로 통과시키는 단계; 압축된 BOG 스트림을 제공하기 위해서 상기 BOG 압축기 공급 스트림을 BOG 압축기에서 압축하는 단계를 더 포함하는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 방법일 수 있다.
또한, 상기 방법에 있어서, 상기 프로세스 스트림은 기설정된 프로세스 스트림 온도로 제공되는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 방법일 수 있다.
또한, 상기 방법에 있어서, 상기 가열된 BOG 스트림의 측정된 제 1 온도에 응한 프로세스 스트림의 질량 유동의 제어는: 제 1 설정점 온도를 가지는 제 1 온도 제어기로, 가열된 BOG 스트림의 측정된 제 1 온도를 결정하는 단계; 측정된 제 1 온도를 제 1 설정점 온도를 향하여 이동시키기 위해서 프로세스 스트림 밸브를 조절함으로써 프로세스 스트림의 질량 유동을 바꾸는 단계를 포함하는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 방법일 수 있다.
또한, 상기 방법에 있어서, 상기 온도 제어된 BOG 스트림의 측정된 제 2 온도에 응한 BOG 열교환기 공급 스트림과 BOG 바이패스 스트림 중 하나 또는 양자의 질량 유동의 제어는: 제 2 설정점 온도를 가지는 제 2 온도 제어기로, 온도 제어된 BOG 스트림의 측정된 제 2 온도를 결정하는 단계; 측정된 제 2 온도를 제 2 설정점 온도를 향하여 이동시키기 위해서 공급 스트림 밸브와 바이패스 스트림 밸브를 각각 조절함으로써 BOG 열교환기 공급 스트림과 BOG 바이패스 스트림 중 하나 또는 양자의 질량 유동을 바꾸는 단계를 포함하는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 방법일 수 있다.
또한, 상기 방법에 있어서, 탄화수소 공급 스트림을 제공하는 단계; 액화 탄화수소 스트림을 제공하기 위해서 냉매 회로에서 순환되는 적어도 하나의 냉매에 대한 열교환을 포함하는 탄화수소 공급 스트림의 적어도 일부를 액화하는 단계; 액화 탄화수소 저장 탱크에서 극저온으로 저장된 액화 탄화수소 인벤토리에 액화 탄화수소 스트림의 적어도 일부를 부가하는 단계를 더 포함하는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 방법일 수 있다.
또한, 상기 방법에 있어서, 상기 프로세스 스트림은 탄화수소 공급 스트림으로부터의 적어도 일부를 포함하고, 탄화수소 공급 스트림의 일부는 BOG 열교환기에서의 열교환 후 적어도 부분적으로 액화 탄화수소 저장 탱크에서 극저온으로 저장된 액화 탄화수소 인벤토리에 부가되는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 방법일 수 있다.
또한, 상기 방법에 있어서, 상기 탄화수소 공급 스트림으로부터의 프로세스 스트림은 BOG 열교환기에서 열교환되도록 냉매 회로에서 순환되는 상기 적어도 하나의 냉매에 대한 열교환의 적어도 일부를 바이패스하는 슬립 스트림에 의해 형성되는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 방법일 수 있다.
또한, 상기 방법에 있어서, 상기 프로세스 스트림은 냉매 회로에서 순환되는 적어도 하나의 냉매로부터 얻어지는 적어도 냉매 스트림을 포함하는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 방법일 수 있다.
또한, 상기 방법에 있어서, 액화 탄화수소 스트림의 적어도 일부를 극저온으로 저장된 액화 탄화수소 인벤토리에 부가하는 단계는: 팽창된 적어도 부분적으로 액화된 탄화수소 스트림을 제공하기 위해서 하나 이상의 엔드 팽창 기기에서 액화 탄화수소 스트림을 팽창시키는 단계; 액화 탄화수소 스트림과 오버헤드 탄화수소 스트림을 제공하도록, 팽창된 적어도 부분적으로 액화된 탄화수소 스트림을 엔드 플래시 용기로 통과시키는 단계; 액화 탄화수소 스트림을 극저온 저장 탱크로 통과시키는 단계; 및 오버헤드 탄화수소 스트림을 보일 오프 가스 스트림에 부가하는 단계를 포함하는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 방법일 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 극저온으로 저장된 액화 탄화수소 인벤토리로부터의 BOG 스트림을 취급하는 장치를 제공하고, 상기 장치는:
- 액화 탄화수소 인벤토리를 저장하기 위한 액화 탄화수소 저장 탱크로서, 액화 탄화수소 저장 탱크는 액화 탄화수소 저장 탱크 안으로 액화 탄화수소 스트림의 유입을 허용하기 위한 제 1 유입구 및 BOG 스트림을 액화 탄화수소 저장 탱크 외부로 통과시키도록 허용하기 위한 제 1 유출구를 가지는 액화 탄화수소 저장 탱크;
- BOG 스트림을 BOG 열교환기 공급 스트림과 BOG 바이패스 스트림으로 나누는 제 1 유동 분할 기기;
- 프로세스 스트림에 대한 열교환에 의해 BOG 열교환기 공급 스트림을 가열하기 위한 BOG 열교환기로서, BOG 열교환기는 BOG 열교환기 공급 스트림을 수용하기 위한 제 1 유입구 및 가열된 BOG 스트림을 배출하기 위한 제 1 유출구, 프로세스 스트림을 수용하기 위한 제 2 유입구 및 냉각된 프로세스 스트림을 배출하기 위한 제 2 유출구를 가지는 BOG 열교환기;
- 온도 제어된 BOG 스트림을 제공하도록 BOG 바이패스 스트림과 가열된 BOG 스트림을 결합하는 제 1 스트림 결합 기기;
- BOG 열교환기 공급 스트림과 BOG 바이패스 스트림 중 적어도 하나의 질량 유동을 제어하는 하나 이상의 유동 제어 밸브;
- 프로세스 스트림의 질량 유동을 제어하는 프로세스 스트림 밸브;
- (i) 가열된 BOG 스트림과 (ii) 냉각된 프로세스 스트림 중 적어도 하나의 측정된 제 1 온도를 결정하고 제 1 설정점 온도를 가지고, 측정된 제 1 온도를 제 1 설정점 온도를 향하여 이동시키기 위해서 프로세스 스트림 밸브를 조절하도록 배치된 제 1 온도 제어기; 및
- 온도 제어된 BOG 스트림의 측정된 제 2 온도를 결정하고 제 2 설정점 온도를 가지고, 측정된 제 2 온도를 제 2 설정점 온도를 향하여 이동시키도록 하나 이상의 유동 제어 밸브를 조절하도록 배치된 제 2 온도 제어기를 적어도 포함한다.
또한, 상기 장치에 있어서, 온도 제어된 BOG 스트림을 위한 유입구와 BOG 압축기 공급 스트림을 위한 유출구를 가지는 BOG 압축기 녹아웃 드럼; 및 BOG 압축기 공급 스트림을 수용하기 위해 BOG 압축기 녹아웃 드럼의 유출구에 연결되는 유입구를 가지고, 압축된 BOG 스트림을 위한 유출구를 가지는 BOG 압축기를 더 포함하는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 장치일 수 있다.
또한, 상기 장치에 있어서, 액화 탄화수소 스트림을 얻기 위해서 냉매에 대한 열교환에 의해 탄화수소 공급 스트림의 적어도 일부를 액화하기 위한 하나 이상의 메인 냉각 열교환기를 포함하는 메인 냉각 유닛; 및 냉매를 순환시키기 위한 냉매 회로를 더 포함하고, 상기 메인 냉각 유닛은 액화 탄화수소 저장 탱크에서 극저온으로 저장된 액화 탄화수소 인벤토리에 액화 탄화수소 스트림의 적어도 일부를 부가할 수 있도록 액화 탄화수소 저장 탱크에 연결되는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 장치일 수 있다.
또한, 상기 장치에 있어서, 상기 BOG 열교환기의 제 2 유입구는 탄화수소 공급 스트림으로부터 적어도 일부를 수용하도록 배치되어서 프로세스 스트림은 탄화수소 공급 스트림으로부터 적어도 일부를 포함하고, 상기 BOG 열교환기의 제 2 유출구는 액화 탄화수소 저장 탱크에 연결되는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 장치일 수 있다.
또한, 상기 장치에 있어서, 상기 BOG 열교환기의 제 2 유입구와 제 2 유출구는 냉매 회로에 연결되어서, 상기 프로세스 스트림은 냉매의 적어도 일부를 포함하는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 장치일 수 있다.
이제, 본 발명의 실시형태는 첨부한 비제한적인 도면을 참조로 단지 예로서 기술될 것이다.
도 1 은 일 실시형태에 따른 보일 오프 가스 스트림을 취급하기 위한 방법 및 장치의 개략도이다.
도 2 는 다른 실시형태에 따른 보일 오프 가스 스트림을 취급하기 위한 방법 및 장치를 포함한, 탄화수소 스트림을 처리, 냉각 및 액화하기 위한 방법 및 장치의 개략도이다.
도 3 은 또 다른 실시형태에 따른 보일 오프 가스 스트림을 취급하기 위한 방법 및 장치를 포함한, 탄화수소 스트림을 처리, 냉각 및 액화하기 위한 방법 및 장치의 개략도이다.
본원을 설명하기 위해, 라인 및 그 라인에서 운반되는 스트림에 단일 도면 부호가 부여될 것이다. 본원에서 사용된 것처럼, 스트림과 관련하여 사용될 때 용어 "유동" 및 "질량 유동" 은 "질량 유량 (mass flow rate)" 을 말한다.
BOG 열교환기에서 BOG 스트림의 일부를 가열하고, BOG 스트림의 가열된 부분과 BOG 바이패스 스트림을 결합하고, (i) 가열된 BOG 스트림과 (ii) 냉각된 프로세스 스트림 중 적어도 하나의 측정된 제 1 온도에 응하여 프로세스 스트림의 질량 유동을 제어하고, BOG 바이패스 스트림과 가열될 (가열된) BOG 스트림의 일부 중 하나 또는 양자의 질량 유동을 제어함으로써, 보일 오프 가스 스트림의 온도가 제어될 수 있다. 온도 제어된 보일 오프 가스 스트림은 보일 오프 가스 압축기로 적절히 통과될 수도 있다.
보일 오프 가스 열교환기 공급 스트림은 측정된 제 1 온도에서 가열된 보일 오프 가스 스트림을 제공하도록 액화 프로세스 스트림과 같은 프로세스 스트림에 대하여 보일 오프 가스 열교환기에서 가열된다. 제 1 온도 제어기는 보일 오프 가스 열교환기에서 열교환 레벨을 제어하도록 작동할 수도 있다. 보일 오프 가스 열교환기로 통과하는 프로세스 스트림의 질량 유동을 변경함으로써, 가열된 보일 오프 가스 스트림의 온도가 바뀔 수 있고 제 1 설정점 온도를 향하여 이동될 수 있다. 제 1 설정점 온도는 예비 선택될 수 있다. 따라서, 보일 오프 가스 열교환기는 가열된 보일 오프 가스 스트림의 온도를 제어하기 위해서 보일 오프 가스 열교환기 공급 스트림에 가변 가열 듀티 (variable heating duty) 를 제공할 수 있다. 가열된 보일 오프 가스 스트림의 온도는 최초 BOG 스트림의 온도보다 높다.
그 후, 가열된 보일 오프 가스 스트림은 온도 제어된 보일 오프 가스 스트림을 제공하기 위해서 보일 오프 가스 바이패스 스트림과 결합될 수 있다. 보일 오프 가스 바이패스 스트림은 보일 오프 가스 열교환기를 통과하지 않으므로 가열된 보일 오프 가스 스트림의 온도보다 저온이다. 보일 오프 가스 바이패스 스트림의 온도는 최초 보일 오프 가스 스트림의 온도와 실질적으로 동일하다. 따라서, 가열된 보일 오프 가스 스트림은 사실상 직접 열교환에 의해 보일 오프 가스 바이패스 스트림을 가열하는데 사용된다. 제 2 온도 제어기는 가열된 BOG 스트림과 직접 열교환을 제어하기 위해서 BOG 열교환기 공급 스트림과 BOG 바이패스 스트림 중 하나 또는 양자의 질량 유동(들)을 변경하도록 작동할 수도 있다. 가열된 보일 오프 가스 스트림과 보일 오프 가스 바이패스 스트림 중 하나 또는 양자의 질량 유동을 바꾸어 줌으로써, 온도 제어된 바이패스 스트림을 구성하는 이 스트림들의 상대 비율이 변경될 수 있어서, 결합된 스트림의 온도를 제어할 수 있다. 따라서, 결합된 스트림의 온도는, 온도 제어된 보일 오프 가스 스트림을 제공하기 위해서 상이한 온도로 존재할 2 개의 구성 스트림 중 하나 또는 양자의 질량 유동을 조절함으로써 제 2 설정점 온도를 향해 이동할 수도 있다.
알 수 있듯이, 본 발명은 제어된 온도의 보일 오프 가스 스트림을 제공하기 위해서 다양한 온도에서 보일 오프 가스 스트림의 프로세싱을 용이하게 할 수도 있다. 제어된 온도의 보일 오프 가스 스트림은 추가 프로세싱될 수도 있는데, 이러한 추가 프로세싱은 예컨대 제 2 설정점 온도 또는 그 부근에서 보일 오프 가스 압축기로 통과하는 것을 포함한다. 이것은 보일 오프 가스 압축기가 설계 온도일 수 있는 원하는 흡입 온도에서 작동되도록 허용하여서, 압축기의 효율을 최적화한다.
도면을 참조하면, 도 1 은 액화 탄화수소 저장 탱크 (10) 에 저장되는 극저온으로 저장된 액화 탄화수소 인벤토리 (11) 로부터 보일 오프 가스 스트림 (15) 을 취급하기 위한 방법 및 장치 (1) 를 보여준다. 액화 탄화수소 또는 액화 천연 가스와 같은 탄화수소 혼합물은 대기압 또는 그 부근에서 극저온의 조건 하에 저장될 수도 있다. 저장 탱크 (10) 내 액화 탄화수소 인벤토리 (11) 는 액화 탄화수소 스트림 (175) 을 부가함으로써 제 1 유입구 (3) 를 통하여 제공될 수도 있다. 액화 탄화수소 스트림 (175) 은 액화 유닛에 의해 제공될 수 있고 이것은 아래에서 더 자세히 설명된다. 액화 유닛의 저장 탱크라기보다는, 대안적인 실시형태에서, 저장 탱크는 LNG 캐리어 선박의 탱크이거나, 선박 또는 이러한 선박의 적재로부터 보일 오프 가스를 공급받는 액화 유닛 저장 탱크일 수도 있다.
액화 탄화수소의 기화도는 액화 탄화수소 저장 탱크 (10) 또는 액화 탄화수소를 저장 탱크 (10) 로 운반하는 배관 내부에서 온도 변동으로 인해 예측될 것이다. 기화된 LNG 와 같은 이런 기화된 탄화수소는 가연성이고, 보통 보일 오프 가스 (BOG) 스트림 (15) 으로 불리는, 기화된 탄화수소 스트림으로서 유출구 (5) 를 통하여 저장 탱크 (10) 로부터 제거될 수 있다.
액화 탄화수소 저장 탱크 (10) 가 빈 상태에서 채워지고 있다면, 탱크는 액화 탄화수소의 저장 온도를 초과할 수도 있어서, 액화 탄화수소는 탱크를 냉각할 것이고, 그 결과 탄화수소의 일부가 기화된다. 유사하게, 적재 동작 중 송풍기에 의해 캐리어 선박으로부터 복귀되는 기화된 탄화수소는 송풍기에 의해 과열될 수도 있다. 이러한 기화된 탄화수소는 충분한 유지 상태 (full holding state) 에서 탱크로부터 기화된 가스보다 더 높은 온도를 가질 것이다. 예컨대, BOG 스트림 (15) 의 온도는 -140 ~ -165 ℃ 의 범위에서 바뀔 수도 있다. 이 범위에서 더욱 낮은 온도는 유지 모드에서 발생할 수도 있고 이 범위에서 더욱 높은 온도는 적재 모드에서 발생할 수도 있다.
본원에 개시된 방법과 장치 (1) 는 온도 제어된 BOG 스트림 (55) 을 제공하고자 한다. 이러한 스트림은 추가 장비에서 추가 프로세싱될 수 있고, 예를 들어 장비의 작동 엔벨로프 (envelope) 에서 벗어나지 않으면서 선택적 BOG 압축기 (80) 에서 가압될 수 있다.
BOG 스트림 (15) 은 제 1 유동 분할 기기 (220) 로 통과되는데, 이 기기에서 스트림은 보일 오프 가스 열교환기 공급 스트림 (25) 과 보일 오프 가스 바이패스 스트림 (35) 으로 나누어진다.
BOG 열교환기 공급 스트림 (25) 은 보일 오프 가스 열교환기 (40) 의 제 1 유입구 (41) 로 통과한다. BOG 열교환기 (40) 는 인쇄 회로 열교환기와 스풀 감김형 열교환기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. BOG 열교환기 공급 스트림 (25) 은 BOG 열교환기 (40) 의 제 2 유입구 (42) 로 제공되는 프로세스 스트림 (135) 에 대하여 가열되어서, 제 1 유출구 (43) 에서 가열된 보일 오프 가스 스트림 (45) 을 제공하고 제 2 유출구 (44) 에서 냉각된 프로세스 스트림 (195) 을 제공한다.
프로세스 스트림 (135) 은 냉각될 필요가 있는 이용 가능한 임의의 적합한 프로세스 스트림일 수도 있다. 프로세스 스트림 (135) 은 BOG 열교환기 공급 스트림 (25), 및 보일 오프 가스 스트림 (15) 의 온도를 초과하는 온도를 가져야 한다. 프로세스 스트림 (135) 은 설정된 프로세스 스트림 온도에서 제공되는 것이 바람직하지만, 이것은 필수적인 것은 아니다. 프로세스 스트림 (135) 은 -20 ~ -50 ℃ 범위의 온도를 가질 수 있다. 이런 식으로, BOG 열교환기 공급 스트림 (25) 에 존재하는 저온 에너지의 일부는 주위 열원에 대하여 가열되어서 낭비되지 않고 그 대신에 다른 프로세스 스트림으로 통과한다.
제 1 온도 제어기 (50) 는 측정된 제 1 온도 (Tl) 로서 가열된 BOG 스트림 (45) 의 온도를 결정한다. 제 1 온도 제어기 (50) 는 조작자에 의해 입력될 수 있는 제 1 설정점 온도 (SP1) 를 또한 가진다. 제 1 온도 제어기 (50) 는 가열된 BOG 스트림 (45) 의 제 1 온도 (Tl) 를 제 1 설정점 온도 (SP1) 로 이동시키고자 한다. 제 1 온도 제어기 (50) 는 BOG 열교환기 (40) 를 통하여 프로세스 스트림 (135) 의 질량 유동을 제어함으로써 가열된 BOG 스트림 (45) 의 온도 조절을 유발한다.
BOG 열교환기 (40) 를 통한 프로세스 스트림 (135) 의 질량 유동은 열교환기 (40) 의 상류 또는 하류 중 어느 하나에서 도관에 배치된 프로세스 스트림 밸브 (미도시) 에 의해 제어되므로, 예를 들어 밸브를 조절함으로써, 열교환기 (400) 를 통한 프로세스 스트림 (135) 의 질량 유동을 바꿀 수 있다. 도 2 와 도 3 의 실시형태는 프로세스 스트림 밸브에 대한 가능한 위치를 보여준다.
프로세스 스트림 밸브의 세팅은 제 1 온도 제어기 (50) 로부터 프로세스 밸브 제어 신호에 의해 지령된 프로세스 스트림 액추에이터에 의해 조절된다. 예컨대, 측정된 제 1 온도가 제 1 설정점 온도 미만이라면, 제 1 설정점 제어기 (50) 는 BOG 열교환기 (40) 를 통하여 프로세스 스트림 (135) 의 질량 유동을 증가시키기 위해서 프로세스 스트림 밸브의 세팅을 바꾸도록 프로세스 스트림 액추에이터에 지령하는 프로세스 밸브 제어 신호를 송신하여서, BOG 열교환기 공급 스트림 (25) 의 가열을 증가시킬 것이다. 유사하게, 측정된 제 1 온도가 제 1 설정점 온도를 초과한다면, 제 1 설정점 제어기 (50) 는 BOG 열교환기 (40) 를 통하여 프로세스 스트림 (135) 의 질량 유동을 감소시키기 위해서 프로세스 스트림 밸브의 세팅을 바꾸도록 프로세스 스트림 액추에이터에 지령하는 프로세스 밸브 제어 신호를 송신하여서, BOG 열교환기 공급 스트림 (25) 의 냉각을 증가시킬 것이다.
제 1 설정점 온도는 -21 ~ -58 ℃, 보다 바람직하게 대략 -45 ~ -50 ℃ 의 범위에 있을 수도 있다. 제 1 설정점 온도의 선택은 BOG 열교환기 (40) 로 프로세스 스트림 (135) 의 설계된 접근 온도에 의해 결정될 수도 있다. 일 실시형태에서, 제 1 설정점 온도는 예를 들어 프로세스 스트림 (135) 의 온도보다 섭씨 몇도, 예컨대 3 ℃ 미만일 수도 있다. 제 1 온도 제어기 (50) 의 입력된 제 1 설정점 온도는 설비의 작동 모드에 의해 결정될 수도 있다.
적재 모드 중 발생되는 것과 비교해 보일 오프 가스가 더 저온이지만 더 적은 질량 유동을 가질 수 있는 유지 모드 중, 제 1 온도 제어기 (50) 는 BOG 열교환기 (40) 에서 프로세스 스트림 (135) 에 대하여 보일 오프 가스를 가열하도록 작동할 수 있다.
적재 모드에서, 보일 오프 가스의 온도가 더 높을 수도 있고, 생성되는 보일 오프 가스의 양이 증가될 수도 있어서, 보일 오프 가스 스트림 (15) 의 질량 유동을 증가시킨다. 프로세스 스트림 (135) 의 질량 유동을 증가시킬 수 있도록 보일 오프 가스로부터 이용 가능한 전체 냉각 듀티가 더 높아질 것이다.
추가의 실시형태에서, 제 1 설정점 온도는 설비가 유지 모드에서 작동하는지 또는 적재 모드에서 작동하는지에 따라서 다른 값으로 설정될 수도 있다. 예컨대, 제 1 설정점 온도는 유지 모드에서보다 적재 모드에서 더 낮을 수도 있다.
그 후, BOG 열교환기 (40) 에 의해 제공되는 가열된 BOG 스트림 (45) 은 제 1 스트림 결합 기기 (230) 로 통과하고, 이 결합 기기에서 가열된 BOG 스트림은 BOG 바이패스 스트림 (35) 과 결합되어서 온도 제어된 BOG 스트림 (55) 을 제공한다. 온도 제어된 BOG 스트림 (55) 의 온도는 가열된 BOG 스트림 (45) 과 BOG 바이패스 스트림 (35) 의 상대적 질량 유동과 온도에 의해 결정되고, BOG 바이패스 스트림은 BOG 열교환기 (40) 에서 가열되지 않았기 때문에 더 저온이다.
제 2 온도 제어기 (60) 는 측정된 제 2 온도 (T2) 로서 온도 제어된 BOG 스트림 (55) 의 온도를 결정한다. 제 2 온도 제어기 (60) 는 조작자에 의해 입력될 수 있는 제 2 설정점 온도 (SP2) 를 구비한다. 제 2 온도 제어기 (60) 는 온도 제어된 BOG 스트림 (55) 의 제 2 온도 (T2) 를 제 2 설정점 온도 (SP2) 로 이동시키고자 한다. 제 2 온도 제어기 (60) 는 가열된 BOG 스트림 (45) 과 BOG 바이패스 스트림 (35) 의 상대적 질량 유동을 제어함으로써 온도 제어된 BOG 스트림 (55) 의 온도 조절을 유발한다. 제 2 온도 제어기 (60) 는 보일 오프 가스를 BOG 바이패스 스트림 (35) 을 따라 방향 전환함으로써 BOG 열교환기 (40) 에 의해 BOG 열교환기 공급 스트림 (25) 으로 제공되는 가열을 감소시키도록 작동할 수 있다.
보통, 제 2 설정점은 제 1 설정점 온도 미만일 것이다. 이것은 적재 및 유지 모드 양자에서 더 저온인 BOG 바이패스 스트림 (35) 이 포지티브 질량 유동을 가지도록 가열된 BOG 스트림 (45) 의 냉각을 요구할 것이다. 따라서, BOG 바이패스 스트림 (35) 은 이것이 제 1 스트림 결합 기기 (230) 에 부가될 때 가열된 BOG 스트림 (45) 의 온도를 낮추도록 작동한다.
가열된 BOG 스트림 (45) 과 BOG 바이패스 스트림 (35) 의 상대적 질량 유동은 하나 이상의 유동 제어 밸브 (미도시) 에 의해 제어될 수 있다. 이러한 유동 제어 밸브는 관련된 스트림의 질량 유동 조절을 허용하는 임의의 도관에 배치될 수 있다. 도 2 와 도 3 의 실시형태는, BOG 바이패스 스트림 (35), BOG 열교환기 공급 스트림 (25) 및 가열된 BOG 스트림 (45) 중 하나 이상에서와 같은, 이 유동 제어 밸브를 위한 가능한 위치를 보여준다.
하나 이상의 유동 제어 밸브의 세팅은 제 2 온도 제어기 (60) 로부터 유동 제어 밸브 신호에 의해 지령된 유동 제어 액추에이터에 의해 조절된다. 예컨대, 측정된 제 2 온도가 제 2 설정점 온도 미만이라면, 제 2 설정점 제어기 (60) 는 BOG 바이패스 스트림 (35) 과 비교했을 때 가열된 BOG 스트림 (45) 의 상대적 질량 유동을 증가시키기 위해서 하나 이상의 유동 제어 밸브의 세팅을 변경하도록 하나 이상의 유동 제어 액추에이터에 지령하는 유동 제어 밸브 신호를 전송하여서, 가열된 BOG 스트림 (45) 에 의한 BOG 바이패스 스트림 (35) 의 가열을 증가시킬 것이다. 유사하게, 측정된 제 2 온도가 제 2 설정점 온도를 초과한다면, 제 2 설정점 제어기 (60) 는 BOG 바이패스 스트림 (35) 과 비교했을 때 가열된 BOG 스트림 (45) 의 상대적 질량 유동을 감소시키기 위해서 하나 이상의 유동 제어 밸브의 세팅을 변경하도록 하나 이상의 유동 제어 액추에이터에 지령하는 유동 제어 밸브 신호를 전송하여서, BOG 바이패스 스트림 (35) 에 의한 가열된 BOG 스트림 (45) 의 냉각을 증가시킨다.
제 2 온도 제어기 (60) 의 입력된 제 2 설정점 온도는 설비의 작동 모드에 의해 결정될 수도 있다.
유지 모드 중, 보일 오프 가스의 온도와 질량 유동은 적재 모드와 비교했을 때 낮을 수도 있다. 단열재를 통한 누설의 결과로 저장 탱크 및 연관된 배관으로 단지 열이 유입되기 때문에 BOG 스트림 (15) 의 온도는 보통 적재 모드에서보다 낮다. 부가적 보일 오프 가스를 발생시키는 어떠한 캐리어 선박도 없기 때문에 보일 오프 가스의 질량 유동은 보통 적재 모드에서보다 낮다.
유지 모드에서, 제 1 온도 제어기 (50) 는 프로세스 스트림 (135) 에 대하여 보일 오프 가스를 가열하도록 작동할 수도 있다. 가열된 BOG 스트림 (45) 이 제 2 설정점 온도 또는 그 부근에서 제공된다면, 제 2 온도 제어기 (60) 의 하나 이상의 유동 제어 밸브 (미도시) 는 BOG 바이패스 스트림 (35) 의 질량 유동을 상당히 제한하도록 작동할 수도 있다. 따라서, 주요 질량 유동은 제 1 온도 제어기 (50) 에 의해 제어된 대로 BOG 열교환기 공급 스트림 (25) 을 통하여 BOG 열교환기 (40) 로 이동될 것이다. 가열된 BOG 스트림 (45) 이 제 2 설정점 온도를 초과하여 제공된다면, 제 2 온도 제어기 (60) 에 의해 작동되는 하나 이상의 유동 제어 밸브는 온도 제어된 BOG 스트림 (55) 의 측정된 제 2 온도를 제 2 설정점 온도를 향하여 이동시키도록 가열된 BOG 스트림 (45) 을 냉각하기 위해서 BOG 바이패스 스트림 (35) 의 질량 유동을 제공하도록 작동할 수도 있다.
적재 모드 중, 예컨대 캐리어 선박으로부터 보일 오프 가스를 이송하는 송풍기에서 과열로 인해, BOG 공급 스트림 (15) 의 온도가 유지 모드에서보다 더 높을 수도 있다. 제 2 온도 제어기 (60) 는 더 고온인 BOG 바이패스 스트림 (35) 때문에 제어된 온도의 BOG 스트림 (55) 의 온도 상승을 검출할 수도 있다. 안정적으로 제어된 온도의 BOG 스트림 (55) 을 제공하는데 보일 오프 가스의 더 적은 가열이 요구될 수도 있음에 따라, 제 2 온도 제어기 (60) 는 BOG 열교환기 공급 스트림 (25) 에 대해 BOG 바이패스 스트림 (35) 의 질량 유동을 증가시켜서, 보일 오프 가스로 입력되는 열을 감소시키도록 작동할 수 있다.
보일 오프 가스의 질량 유동은, 캐리어 선박에서 발생되고 장치 (1) 로 복귀되는 부가적 보일 오프 가스 때문에, 적재 모드 중 상당히 증가할 수도 있다. 이런 더 많은 질량 유동은 BOG 열교환기 공급 스트림 (25) 의 질량 유동과 비교했을 때 유지 모드에서보다 더 고온인 BOG 바이패스 스트림 (35) 의 질량 유동을 증가시킴으로써 받아들일 수 있다.
일 실시형태에서, 제 2 설정점 온도는 유지 모드 중 설정점으로부터 적재 모드 중 다른 설정점으로 점차 줄일 수도 있다. 이런 작용은, 예컨대 BOG 열교환기 (40) 의 요구되는 듀티가 그것의 설계 용량을 초과한다면 수행될 수도 있다.
입력되는 제 2 설정점 온도를 낮추는 것은 온도 제어된 BOG 스트림의 목표 온도를 감소시키는 것이다. 이 작용은 BOG 열교환기로부터 요구되는 듀티의 감소를 유발할 것이다. BOG 열교환기가 이 열교환기의 최대 설계된 작동 듀티에 도달한다면 이 작용은 특히 적재 모드 중에 수행될 수도 있다. 온도 제어된 BOG 스트림의 측정된 제 2 온도의 이러한 감소는 예컨대 선택적 BOG 압축기 (80) 를 이 압축기의 설계된 작동 온도에서 벗어나게 이동시켜서, 압축 프로세스의 효율을 낮출 수도 있다. 하지만, 제 2 설정점 온도와 측정된 제 2 온도는 바람직하게 손상을 막기 위해서 BOG 압축기의 설계된 작동 엔벨로프 내에서 유지되어야 한다.
대안으로서, 특정 실시형태에서, 선택적 가열된 BOG 스트림 가열기 (65) 는 이 가열기의 온도를 더욱 높이기 위해서 가열된 BOG 스트림에 제공될 수도 있다. 예컨대, 적재 모드 중 BOG 공급 스트림의 가열 요건이 BOG 열교환기 (40) 의 듀티를 초과한다면, 만약 제공된다면 선택적 가열기 (65) 가 제 1 측정된 온도를 제 1 설정점 온도를 향해 증가시키고 그리고/또는 제 1 설정점 온도에서 가열된 BOG 스트림의 증가된 질량 유량을 제공하는데 사용될 수 있다. 가열된 BOG 스트림 가열기 (65) 는 또한 제 1 온도 제어기에 의해 제어될 수 있다.
이런 식으로, 본원에 개시된 방법과 장치는 온도 제어된 BOG 스트림 (55) 을 제공할 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 본원에 개시된 방법과 장치는 탄화수소 공급 스트림을 위한 액화 프로세스의 일부로서 이용될 수 있다. 탄화수소 공급 스트림은 냉각되고 액화될 임의의 적합한 가스 스트림일 수도 있지만, 대개 천연 가스나 유층 (petroleum reservoir) 에서 얻어지는 천연 가스 스트림이다. 대안으로서, 탄화수소 공급 스트림은 또한 피셔-트롭쉬 (Fischer-Tropsch) 프로세스와 같은 합성 공급원을 비롯해 다른 공급원으로부터 또한 얻어질 수도 있다.
대개 천연 가스 스트림은 실질적으로 메탄으로 구성된 탄화수소 조성물이다. 바람직하게, 탄화수소 공급 스트림은 적어도 50 몰% 메탄, 보다 바람직하게 적어도 80 몰% 메탄을 포함한다.
천연 가스와 같은 탄화수소 조성물은 또한 H2O, N2, CO2, Hg, H2S 와 다른 황 화합물 등과 같은 비탄화수소를 포함할 수도 있다. 원한다면, 천연 가스는 냉각 및 임의의 액화 전에 예비 처리될 수도 있다. 이런 예비 처리는 CO2 및 H2S 와 같은 원치 않는 성분의 감소 및/또는 제거 또는 조기 냉각, 예비 가압 등과 같은 다른 단계들을 포함할 수도 있다. 이 단계들은 본 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있으므로, 그것의 메커니즘은 본원에서 더 설명되지 않는다.
따라서, 용어 "탄화수소 공급 스트림" 은 또한 세정, 탈수 및/또는 스크러빙을 포함한 임의의 처리를 받기 전 조성물뿐만 아니라 하나 이상의 화합물 또는 황, 황 화합물, 이산화탄소, 물, Hg, 및 하나 이상의 C2+ 탄화수소를 포함하지만 이에 국한되지 않는 물질의 감소 및/또는 제거를 위해 부분적으로, 상당히 또는 완전히 처리된 임의의 조성물을 포함할 수도 있다.
공급원에 따라, 천연 가스는 특히 에탄, 프로판 및 부탄과 같은 메탄보다 무거운 가변량의 탄화수소, 및 가능한 더 적은 양의 펜탄 및 방향족 탄화수소를 포함할 수도 있다. 조성물은 가스의 유형 및 위치에 따라 바뀐다.
종래에, 메탄보다 무거운 탄화수소는 이것이 메탄 액화 플랜트의 부품을 막을 수도 있는 상이한 동결 또는 액화 온도를 가지는 것과 같은 여러 가지 이유들 때문에 임의의 상당한 냉각 이전에 탄화수소 공급 스트림으로부터 가능한 한 효과적으로 제거된다. C2+ 탄화수소는 탈메탄기에 의해 탄화수소 공급 스트림으로부터 분리될 수 있거나 그 함유량이 감소될 수 있는데, 이것은 메탄이 풍부한 오버헤드 탄화수소 스트림과 C2+ 탄화수소를 포함하는 바닥 메탄 희박 스트림을 제공할 것이다. 그 후, 바닥 메탄 희박 스트림은 액화 석유 가스 (LPG) 를 제공하고 스트림을 응축하기 위해서 추가의 분리기로 통과될 수 있다.
분리 후에, 이렇게 생성된 탄화수소 스트림은 냉각될 수 있다. 냉각은 본 기술분야에 공지된 다수의 방법에 의해 제공될 수 있다. 탄화수소 스트림은 하나 이상의 냉매 회로에서 하나 이상의 냉매 스트림에 대하여 통과된다. 이러한 냉매 회로는 압축된 냉매 스트림을 제공하기 위해서 적어도 부분적으로 증발된 냉매 스트림을 압축하도록 하나 이상의 냉매 압축기를 포함할 수 있다. 그 후, 압축된 냉매 스트림은 냉매 스트림을 제공하기 위해서 공기 또는 물 냉각기와 같은 냉각기에서 냉각될 수 있다. 냉매 압축기는 하나 이상의 터빈에 의해 구동될 수 있다.
탄화수소 스트림의 냉각은 하나 이상의 스테이지에서 수행될 수 있다. 예비 냉각 또는 보조 냉각으로도 불리는 초기 냉각은 예비 냉각된 탄화수소 스트림을 제공하기 위해서 둘 이상의 예비 냉각 열교환기에서 예비 냉각 냉매 회로의 예비 냉각 혼합 냉매를 이용해 수행될 수 있다. 예비 냉각된 탄화수소 스트림은 예를 들어 0 ℃ 미만의 온도에서 바람직하게 부분적으로 액화된다.
바람직하게, 이러한 예비 냉각 열교환기는 예비 냉각 스테이지를 포함할 수 있고, 하나 이상의 메인 및/또는 서브 냉각 스테이지에서 탄화수소 스트림의 분획물을 액화하도록 하나 이상의 메인 열교환기에서 임의의 후속 냉각이 수행된다.
이런 식으로, 둘 이상의 냉각 스테이지가 필요할 수도 있는데, 각 스테이지는 하나 이상의 단계, 부품 등을 가진다. 예를 들어, 각각의 냉각 스테이지는 1 ~ 5 개의 열교환기를 포함할 수도 있다. 탄화수소 스트림 및/또는 혼합 냉매의 분획물은 냉각 스테이지의 모든 그리고/또는 똑같은 열교환기를 통과할 수 없다.
일 실시형태에서, 탄화수소는 2 또는 3 개의 냉각 스테이지를 포함하는 방법에서 냉각되고 액화될 수도 있다. 예비 냉각 스테이지는 바람직하게 탄화수소 공급 스트림의 온도를 0 ℃ 미만, 대개 -20 ℃ ~ -70 ℃ 의 범위로 감소시키도록 의도된다.
메인 냉각 스테이지는 바람직하게 예비 냉각 스테이지와 분리된다. 즉, 메인 냉각 스테이지는 하나 이상의 분리된 메인 열교환기를 포함한다. 바람직하게, 메인 냉각 스테이지는 탄화수소 스트림, 대개 예비 냉각 스테이지에 의해 냉각된 탄화수소 스트림의 적어도 분획물의 온도를 -100 ℃ 미만으로 감소시키도록 의도된다.
2 개 이상의 예비 냉각 또는 임의의 메인 열교환기로서 사용하기 위한 열교환기는 본 기술분야에 잘 알려져 있다. 예비 냉각 열교환기는 바람직하게 쉘-튜브 열교환기이다.
바람직하게 임의의 메인 열교환기 중 적어도 하나는 본 기술분야에서 공지된 스풀 감김형 극저온 열교환기이다. 선택적으로, 열교환기는 그것의 쉘 내부에 하나 이상의 냉각부를 포함할 수 있고, 각각의 냉각부는 냉각 스테이지 또는 다른 냉각 위치에 대해 분리된 '열교환기' 로서 간주될 수 있다.
다른 실시형태에서, 혼합된 예비 냉각 냉매 스트림과 임의의 혼합된 메인 냉매 스트림 중 하나 또는 양자는 하나 이상의 열교환기, 바람직하게 전술한 둘 이상의 예비 냉각 및 메인 열교환기를 통과하여서, 냉각된 혼합 냉매 스트림을 제공할 수 있다.
예비 냉각 냉매 회로 또는 임의의 메인 냉매 회로와 같은 혼합 냉매 회로에서 혼합된 냉매는 질소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 펜탄 등을 포함하는 군에서 선택된 둘 이상의 성분의 혼합물로 형성될 수도 있다. 분리되거나 겹쳐진 냉매 회로 또는 다른 냉각 회로에서 하나 이상의 다른 냉매가 사용될 수도 있다.
예비 냉각 냉매 회로는 혼합된 예비 냉각 냉매를 포함할 수도 있다. 메인 냉매 회로는 혼합된 메인 냉매를 포함할 수도 있다. 본원에 언급된 바와 같은 혼합된 냉매 또는 혼합된 냉매 스트림은 적어도 5 몰% 의 두 가지 상이한 성분을 포함한다. 보다 바람직하게, 혼합된 냉매는 질소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄과 펜탄을 포함하는 군에서 둘 이상을 포함한다.
예비 냉각 혼합된 냉매에 대한 공통 조성은:
메탄 (C1) 0 ~ 20 몰%
에탄 (C2) 5 ~ 80 몰%
프로판 (C3) 5 ~ 80 몰%
부탄 (C4) 0 ~ 15 몰% 일 수 있다.
전체 조성은 100 몰% 를 포함한다.
메인 냉각 혼합된 냉매에 대한 공통 조성은:
질소 0 ~ 25 몰%
메탄 (C1) 20 ~ 70 몰%
에탄 (C2) 30 ~ 70 몰%
프로판 (C3) 0 ~ 30 몰%
부탄 (C4) 0 ~ 15 몰% 일 수 있다.
전체 조성은 100 몰% 를 포함한다.
예비 냉각된 천연 가스 스트림과 같은 예비 냉각된 탄화수소 스트림은 LNG 스트림과 같은 액화 탄화수소 스트림을 제공하기 위해서 추가 냉각될 수 있다. 액화 이후, 액화 탄화수소 스트림은 원한다면 추가 프로세싱될 수도 있다. 예로서, 얻어진 액화 탄화수소는 줄-톰슨 밸브 및/또는 극저온 터보 팽창기와 같은 하나 이상의 팽창 기기에 의해 감압될 수도 있다.
본원에 개시된 다른 실시형태에서, 액화 탄화수소 스트림은 위쪽에 엔드 플래시 가스 스트림과 액체 바닥 스트림을 제공하기 위해서 엔드 플래시 용기와 같은 엔드 가스/액체 분리기를 통과할 수 있고, 액체 바닥 스트림은 LNG 와 같은 액화 제품으로서 하나 이상의 액화 탄화수소 저장 탱크에 저장하기 위한 것이다. 이러한 저장 탱크로부터 나온 보일 오프 가스는 본원에 기술한 방법과 장치에 따라 처리될 수 있다.
도면을 참조하면, 도 2 는 액화 탄화수소 스트림 (175) 을 제공하기 위해서 탄화수소 공급 스트림 (105) 을 처리, 냉각 및 액화하기 위한 방법과 장치 (100) 를 보여준다. 액화 탄화수소 스트림 (175) 은 액화 탄화수소 저장 탱크 (10) 로 통과될 수 있고, 이것은 BOG 스트림 (15) 을 제공할 수 있고, 이 스트림은 온도 제어된 BOG 스트림 (55) 을 생성하도록 처리될 수 있다.
탄화수소 공급 스트림 (105) 은 임의의 탄화수소 또는 혼합물 또는 천연 가스와 같은 탄화수소일 수도 있다. 탄화수소 공급 스트림 (105) 은 처리 유닛 (110) 으로 통과될 수 있고, 이 처리 유닛에서 공급 스트림은 산성 가스 및 중 (heavier) 탄화수소와 같은 원치 않는 오염 물질을 제거하도록 처리된다. 이러한 처리는 당업자에게 공지되어 있다. 산성 가스는 산성 가스 스트림 (95a) 을 제공하기 위해서 용매 추출에 의해 공급 스트림으로부터 제거될 수도 있다. 중탄화수소는 천연 가스 액체 (NGL) 를 제공하기 위해서 스크러브 탑과 같은 하나 이상의 분리탑에서 분리에 의해 제거될 수도 있다. NGL 스트림 (95b) 은 처리 유닛 (110) 을 떠난 것으로 도시되어 있다. 탄화수소 공급 스트림 (105) 에 존재하는 다량의 물이 또한 제거될 수도 있다.
처리 유닛 (110) 은 처리된 탄화수소 스트림 (115) 을 제공한다. 처리된 탄화수소 스트림 (115) 은 탄화수소 공급 스트림 (115) 과 비교했을 때 산성 가스 및 NGL 의 함유량이 감소된 메탄 풍부 스트림일 것이다.
처리된 탄화수소 스트림 (115) 은 하나 이상의 예비 냉각 열교환기 (120) 를 포함하는 예비 냉각 유닛으로 통과될 수 있다. 하나 이상의 예비 냉각 열교환기 (120) 는 예비 냉각된 탄화수소 스트림 (125) 을 제공하기 위해서 예비 냉각 냉매 회로 내 예비 냉각 냉매와 같은 냉매에 대하여 처리된 탄화수소 스트림 (115) 을 냉각시킬 수 있다.
그 후, 예비 냉각된 탄화수소 스트림 (125) 은 예비 냉각 스트림 분할 기기로 통과될 수 있고, 이것은 이 경우에 메인 냉각 탄화수소 바이패스 스트림에서 메인 냉각 탄화수소 공급 스트림 (145) 과 프로세스 스트림 (135a) 을 제공한다. 탄화수소 공급 스트림 (105) 으로부터의 프로세스 스트림 (135a) 은 BOG 열교환기 (40) 에서 열교환되도록 냉매 회로에서 순환되는 상기 적어도 하나의 냉매에 대한 열교환의 적어도 일부를 바이패스하는 슬립 스트림에 의해 형성된다.
메인 냉각 탄화수소 공급 스트림 (145) 은 하나 이상의 메인 냉각 열교환기 (130) 를 포함하는 메인 냉각 유닛으로 통과될 수 있다. 하나 이상의 메인 냉각 열교환기 (130) 는 적어도 부분적으로, 바람직하게 완전히 탄화수소를 액화하기 위해서 메인 냉매 회로 내 메인 냉매와 같은 냉매에 대하여 메인 냉각 탄화수소 공급 스트림 (145) 을 냉각시킬 수 있다. 하나 이상의 메인 열교환기는 액화 탄화수소 스트림 (155a) 을 제공한다. 액화 탄화수소 스트림 (155a) 은 적어도 부분적으로 액화된 탄화수소 스트림이고, 바람직하게 완전히 액화된 탄화수소 스트림이다.
탄화수소 스트림을 냉각하고 액화하는 예비 냉각 및 메인 냉매 회로의 작동의 일례를 미국 특허 제 6,370,910 호에서 찾아볼 수 있다.
적어도 부분적으로, 바람직하게 완전히, 액화된 탄화수소 스트림 (155a) 은 (결합된) 적어도 부분적으로, 바람직하게 완전히, 액화된 탄화수소 스트림 (155b) 을 제공하기 위해서 냉각된 프로세스 스트림 (195) 과 결합될 수 있다.
그 후, (결합된) 적어도 부분적으로, 바람직하게 완전히, 액화된 탄화수소 스트림 (155b) 은 팽창된 부분적으로 액화된 탄화수소 스트림 (165) 을 제공하기 위해서 줄-톰슨 밸브 및 터보 팽창기 중 하나 또는 양자와 같은 하나 이상의 엔드 팽창 기기 (150) 에서 팽창될 수 있다. 팽창된 부분적으로 액화된 탄화수소 스트림 (165) 은 액체와 증기 성분을 포함하는 2 상 스트림이다.
팽창된 부분적으로 액화된 탄화수소 스트림 (165) 은 엔드 플래시 가스로도 알려진 오버헤드 탄화수소 스트림 (185) 과 바닥 스트림으로서 액화 탄화수소 스트림 (175) 을 제공하기 위해서 엔드 플래시 용기와 같은 엔드 가스/액체 분리기 (160) 로 통과될 수 있다. 탄화수소 공급 스트림 (105) 이 천연 가스일 때 액화된 탄화수소 스트림 (175) 은 LNG 스트림일 수 있다.
액화된 탄화수소 스트림 (175) 은 액화 탄화수소 저장 탱크 (10) 의 제 1 유입구 (41) 로 통과될 수 있다. 액화 탄화수소 저장 탱크 (10) 는 액화 탄화수소를 제 2 유출구 (6) 에 제공하기 위한 수중 펌프 (210) 를 포함할 수도 있고, 제 2 유출구에서 액화 탄화수소는 액화 탄화수소 공급 스트림 (215) 으로서 저장 탱크 (10) 를 떠난다. 액화 탄화수소 공급 스트림 (215) 은 예컨대 LNG 캐리어와 같은 캐리어 선박에서 추가 저장 탱크 (미도시) 로 액화 탄화수소를 이송할 수도 있다.
캐리어 선박의 적재 중, 보일 오프 가스는 추가 저장 탱크의 냉각 및/또는 배관과 액화 탄화수소의 온도 연결 프로세스에서 생성될 수도 있다. 이 보일 오프 가스는 보일 오프 가스 스트림 (315) 을 적재할 때 액화 탄화수소 저장 탱크 (10) 의 제 2 유입구 (4) 로 다시 통과할 수 있다. 원한다면, 적재 보일 오프 가스 스트림 (315) 의 적어도 일부는 도관 (335) 을 따라 보일 오프 가스 스트림 (15) 으로 직접 통과할 수 있다.
도관 (335) 으로부터 적재 보일 오프 가스의 일부를 선택적으로 포함할 뿐만 아니라, BOG 스트림 (15) 은 또한 오버헤드 탄화수소 스트림 (185) 에서 엔드 가스/액체 분리기 (160) 로부터 나온 오버헤드 탄화수소를 포함할 수도 있다.
그 후, BOG 스트림 (15) 은 온도 제어된 BOG 스트림 (55) 을 제공하도록 본원에 기술한 방법과 장치에 따라 프로세싱될 수도 있다.
도 2 에 나타낸 실시형태에서, BOG 스트림 (15) 은 제 1 유동 분할 기기 (220) 로 통과하는데, 이 기기에서 BOG 스트림은 BOG 열교환기 공급 스트림 (25a) 과 BOG 바이패스 스트림 (35a) 으로 분리된다.
BOG 열교환기 공급 스트림 (25a) 은 열교환기 공급 스트림 유동 제어 밸브 (20) 로 통과하고, 이 밸브는 BOG 열교환기 (40) 의 제 1 유입구 (41) 로 (제어된) BOG 열교환기 공급 스트림 (25b) 을 제공하기 위해서 스트림의 질량 유동을 제어한다. BOG 바이패스 스트림 (35a) 은 바이패스 스트림 유동 제어 밸브 (30) 로 통과하는데, 이 제어 밸브는 (제어된) BOG 바이패스 스트림 (35b) 을 제공하기 위해서 스트림의 질량 유동을 제어한다.
BOG 스트림 유동 제어 밸브 (20) 와 바이패스 스트림 유동 제어 밸브 (30) 는 밸브의 세팅을 제어하는 유동 제어 액추에이터 (미도시) 에 연결된다. 유동 제어 액추에이터는 제 2 온도 제어기 (60) 로부터 유동 제어 신호 라인 (61) 을 따라 유동 제어 신호를 수신한다. 도 1 의 실시형태에 대해 설명한 바와 같이, 유동 제어 밸브 (20, 30) 의 세팅 변경은 (제어된) BOG 열교환기 공급 스트림 (25b) (및 그리하여 가열된 BOG 스트림 (45)) 과 (제어된) BOG 바이패스 스트림 (35b) 의 상대 질량 유동을 조절하여서, 온도 제어된 BOG 스트림 (55) 의 온도는 제 2 설정점 온도 또는 그 부근에서 유지될 수 있다.
그 후, 온도 제어된 BOG 스트림 (55) 은, 유출구 (72) 에 오버헤드 스트림으로서 보일 오프 가스 압축기 공급 스트림 (75) 을 제공하도록 온도 제어된 BOG 스트림 (55) 으로부터 액체가 제거될 수 있는 보일 오프 가스 압축기 녹아웃 드럼 (70) 의 유입구 (71) 로 통과할 수 있다.
BOG 압축기 공급 스트림 (75) 은 보일 오프 가스 압축기 (80) 의 유입구 (81) 로 통과할 수 있다. BOG 압축기 공급 스트림 (75) 은 이것이 온도 제어된 BOG 스트림 (55) 으로부터 얻어지기 때문에 온도 제어된 스트림이다. 따라서, BOG 압축기 (80) 의 흡입은 제어된 온도에서 스트림을 구비한다. 이런 온도 제어는 BOG 압축기 (80) 의 작동이 그것의 작동 엔벨로프 내에서 유지될 수 있도록 허용한다.
BOG 열교환기 (40) 의 작동으로 돌아가, (제어된) BOG 열교환기 공급 스트림 (25b) 의 가열은 프로세스 스트림에 의해 제공된다. 이 실시형태에서, 프로세스 스트림은 전술한 대로 예비 냉각 스트림 분할 기기에 의해 예비 냉각된 탄화수소 스트림 (125) 으로부터 제공되는 메인 냉각 탄화수소 바이패스 스트림 (135a) 이다. 메인 냉각 탄화수소 바이패스 스트림 (135a) 은, 적어도 하나의 저압 프로판 열교환기와 같은, 하나 이상의 예비 냉각 열교환기 (120) 에 의해 생성될 때 일정한 온도에서 제공될 수도 있다.
메인 냉각 탄화수소 바이패스 스트림 (135a) 은 BOG 열교환기 (40) 의 제 2 유입구 (42) 로 통과하는 (제어된) 메인 냉각 탄화수소 바이패스 스트림 (135b) 을 제공하기 위해서 프로세스 스트림 밸브 (170) 로 통과한다. (제어된) 메인 냉각 탄화수소 바이패스 스트림 (135b) 의 질량 유동은 프로세스 스트림 밸브 (170) 의 세팅에 의해 제어된다. 프로세스 스트림 밸브 (170) 의 세팅은 프로세스 스트림 액추에이터에 의해 제어되는데, 이 액추에이터는 프로세스 제어 신호 라인 (51) 을 따라 제 1 온도 제어기 (50) 로부터 프로세스 제어 신호를 수신한다. 이런 식으로, 가열된 BOG 스트림 (45) 의 제 1 온도는 (제어된) 메인 냉각 탄화수소 바이패스 스트림 (135b) 의 질량 유동을 바꾸어줌으로써 제어될 수 있다.
BOG 열교환기는 냉각된 프로세스 스트림으로서 냉각된 메인 냉각 탄화수소 바이패스 스트림 (195) 을 제공하도록 (제어된) BOG 열교환기 공급 스트림 (25b) 에 대하여 (제어된) 메인 냉각 탄화수소 바이패스 스트림 (135b) 을 냉각한다. 냉각된 메인 냉각 탄화수소 바이패스 스트림 (195) 이 적어도 부분적으로, 바람직하게 완전히, 액화될 때, 이 스트림은 (결합된) 적어도 부분적으로, 바람직하게 완전히, 액화된 탄화수소 스트림 (155b) 을 제공하기 위해서 하나 이상의 메인 열교환기 (130) 로부터 나온 적어도 부분적으로, 바람직하게 완전히, 액화된 탄화수소 스트림 (155a) 과 결합될 수 있다. 이런 식으로, 보일 오프 가스로부터 저온 에너지의 일부가 탄화수소 프로세스 스트림으로 재순환될 수 있어서, 이것은 하나 이상의 메인 열교환기 (130) 의 냉각 듀티를 감소시키도록 하나 이상의 메인 열교환기 (130) 를 바이패스할 수 있다.
도 3 은 액화 탄화수소 스트림 (175) 을 제공하기 위해서 탄화수소 공급 스트림 (105) 을 처리, 냉각 및 액화하기 위한 대안적인 방법과 장치 (100) 를 보여준다. 액화 탄화수소 스트림 (175) 은 액화 탄화수소 저장 탱크 (10) 로 통과할 수 있고, 이것은 BOG 스트림 (15) 을 제공할 수 있고, 이 BOG 스트림은 온도 제어된 BOG 스트림 (55) 을 생성하도록 처리될 수 있다.
이 실시형태에서, 프로세스 스트림 (135c) 은 하나 이상의 메인 열교환기 (130) 로부터 메인 냉매를 포함한다. 탄화수소 공급 스트림 (105) 으로부터의 프로세스 스트림 (135c) 은 BOG 열교환기 (40) 에서 열교환되도록 냉매 회로에서 순환되는 상기 적어도 하나의 냉매에 대한 열교환의 적어도 일부를 바이패스하는 슬립 스트림에 의해 형성된다. 특히, 프로세스 스트림 (135c) 은 미국 특허 제 6,370,910 호에 기술된 것과 같은 혼합 냉매 회로의 혼합 냉매 분리 기기로부터 얻어진 가벼운 혼합 냉매 스트림일 수도 있다. 이러한 가벼운 혼합 냉매 스트림은, 가벼운 혼합 냉매 스트림을 형성하기 위해서 부분적으로 응축된 혼합 냉매 스트림을 형성하고, 통상적으로 혼합 냉매 분리 기기에 의하여 부분적으로 응축된 혼합 냉매 스트림으로부터 증기상을 분리함으로써 혼합 냉매 스트림으로부터 얻어질 수도 있다. 가벼운 혼합 냉매 스트림 (135c) 은 BOG 열교환기 (40) 의 제 2 유입구로 통과하는데, 여기에서 이 스트림은 냉각된 가벼운 혼합 냉매 스트림 (195a) 을 제공하기 위해서 BOG 열교환기 공급 스트림 (25) 에 대하여 가열된다.
이 경우에, BOG 열교환기 (40) 를 통한 가벼운 혼합 냉매의 질량 유동은 BOG 열교환기 (40) 의 상류보다는 하류에서 프로세스 스트림 밸브 (170a) 에 의해 제어된다. 프로세스 스트림 밸브 (170a) 는 하나 이상의 열교환기 (130) 로 복귀될 수 있는 (제어된) 냉각된 가벼운 혼합 냉매 스트림 (195b) 을 제공한다. 프로세스 스트림 밸브 (170a) 는 제 1 온도 제어기 (50) 로부터 프로세스 제어 신호 라인 (51) 의 프로세스 제어 신호를 구비한 프로세스 스트림 액추에이터에 의해 제어된다. 이런 식으로, 가열된 BOG 스트림의 제 1 온도가 제어될 수 있다.
프로세스 스트림 밸브 (170a) 는 프로세스 스트림에서 큰 압력 강하를 발생시킬 수도 있어서, 2 상 유동을 가지는 저압 상황이 밸브의 하류에서 발생할 수도 있다. BOG 열교환기 (40) 의 하류에 이러한 저압 상황을 만드는 것이 바람직하다. 프로세스 스트림 밸브 (170a) 가 BOG 열교환기 (40) 의 상류에 위치한다면, 이 열교환기는 2 상 유동을 수용하도록 맞추어져야 한다. 이것은 BOG 열교환기 (40) 의 비용을 증가시킬 수 있다.
도 3 의 실시형태는 또한 제 2 온도 제어기 (60) 에 의해 제어되는 BOG 스트림 유동 제어 밸브 (20a) 를 위한 대안적인 위치를 보여준다. BOG 열교환기 공급 스트림 (25) 에서 BOG 열교환기 (40) 의 상류에 위치하기보다는, 제어 밸브는 열교환기 (40) 의 제 1 유출구 (43) 에서 유출되는 가열된 BOG 스트림 (45a) 에서 하류에 제공된다. 가열된 BOG 스트림 (45a) 은 BOG 스트림 유동 제어 밸브 (20a) 로 통과되는데, 이것은 제 1 스트림 결합 기기 (230) 에서 (제어된) BOG 바이패스 스트림 (35b) 과 결합되도록 (제어된) 가열된 BOG 스트림 (45b) 을 제공한다. 따라서, BOG 열교환기 (40) 의 하류에서 BOG 스트림 유동 제어 밸브 (20a) 는 가열된 BOG 스트림/ BOG 열교환기 공급 스트림 (25) 의 질량 유동을 제어하도록 작동한다. 바이패스 스트림 유동 제어 밸브 (30) 와 결합하여, 제 2 설정점 온도에서 온도 제어된 BOG 스트림을 제공하도록 가열된 BOG 스트림/ BOG 열교환기 공급 스트림 (25) 및 BOG 바이패스 스트림 (35a)/ (제어된) BOG 바이패스 스트림 (35b) 의 상대적 질량 유동을 제어할 수 있다.
제 1 온도 제어기 (50) 는 BOG 스트림 유동 제어 밸브 (20a) 의 상류 또는 하류 중 어느 하나에 위치할 수 있다. 도 3 은 가열된 BOG 스트림 (45a) 에서 BOG 스트림 유동 제어 밸브 (20a) 의 상류에 위치한 제 1 온도 제어기 (50) 를 보여준다. BOG 스트림 유동 제어 밸브 (20a) 의 상류에 제 1 온도 제어기 (50) 를 배치함으로써, BOG 스트림 유동 제어 밸브 (20a) 의 작동으로 발생하는 가열된 BOG 스트림 (45a) 으로 임의의 유동 변경 전에 제 1 온도가 결정될 수 있다.
대안적인 실시형태 (미도시) 에서, 제 1 온도 제어기 (50) 는 냉각된 프로세스 스트림 (195) 의 온도를 측정하도록 위치할 수 있다. 이 경우에, 제 1 온도 제어기 (50) 가 BOG 열교환기 (40) 와 프로세스 스트림 밸브 (170a) 사이에 배치되어서, 프로세스 스트림 밸브 (170a) 의 작동으로 발생하는 냉각된 프로세스 스트림 (195) 으로 임의의 압력 또는 온도 변화 이전에 제 1 온도가 결정될 수 있는 것이 바람직하다. 따라서, 제 1 설정점 온도는 도 1 과 도 2 의 실시형태에 대해 제안된 온도와 상이할 것이고, 냉각된 프로세스 스트림 (195) 에 대해 -137 ~ -162 ℃ 의 범위에 있을 수 있다.
본 발명이 이러한 경우에 국한되지 않을지라도, 액화 설비가 작동 모드 사이에서 움직일 때처럼 보일 오프 가스 스트림의 온도가 변경될 수도 있는 경우에 전술한 기술이 특히 유리하다는 것은 당업자에게 분명할 것이다.
유지 모드에 있을 때, 보일 오프 가스는 주로 극저온 저장 탱크에서 발생될 것이다. 보일 오프 가스의 온도는 극저온에 가까울 것이다. 예컨대, 액화 탄화수소가 액화 천연 가스 (LNG) 라면, 저장 탱크로부터 보일 오프 가스는 -150 ℃ 미만의 온도에 있을 수도 있다.
하지만, LNG 캐리어 선박과 같은 액화 탄화수소 캐리어가 액화 설비로부터 LNG 를 가져가기 위해서 도착했을 때, 설비는 유지 모드에서 적재 모드로 이동할 것이다. 적재 모드 중, 액화 설비의 극저온 저장 탱크와 액화 탄화수소 캐리어를 연결하는 배관 및, 액화 탄화수소 캐리어의 극저온 저장 탱크는 극저온 온도보다 고온일 수도 있다. 따라서, 적재 프로세스는 연결 배관을 통하여 유지 모드에서 액화 설비 극저온 저장 탱크에 의해 발생되는 보일 오프 가스보다 상당히 고온인 캐리어 저장 탱크 안으로 통과하는 액화 탄화수소로부터 보일 오프 가스를 생성할 수도 있다. 이것은 액화 탄화수소 그 자체가 연결 배관과 캐리어 저장 탱크를 냉각하는데 사용된다면 특히 그럴 것이다. 게다가, 캐리어 선박에서 발생되는 보일 오프 가스를 액화 설비로 이송하는 송풍기는 가스를 과열시켜서, 보일 오프 가스의 온도를 높일 수도 있다.
또한, 저장 탱크와 캐리어 선박 및 캐리어 선박의 저장 탱크를 연결하는 부가적 배관 때문에, 유지 모드와 비교했을 때 적재 모드 동안 상당히 더 많은 양의 보일 오프 가스가 발생될 수도 있다.
따라서, 액화 설비의 적재 모드의 적어도 초기 스테이지 동안, 보일 오프 가스는 유지 모드 동안 생성되는 것보다 더 높은 온도와 더 많은 양으로 생성될 수도 있다.
유지 모드 동안, 보일 오프 가스 스트림의 온도와 질량 유량은 적재 모드 중과 비교했을 때 더 낮을 수도 있다. 제 1 온도 제어기는, 제 1 설정점 온도에 도달할 때까지 BOG 열교환기 공급 스트림을 가열하기 위해서 BOG 열교환기에 필요한 열을 제공하도록 프로세스 스트림의 질량 유동을 변경함으로써 제 1 설정점에서 측정된 제 1 온도를 유지하도록 작동할 수 있다.
제 2 온도 제어기의 제 2 설정점 온도가 제 1 설정점 온도 미만으로 선택될 때, 이것은 냉각기 BOG 바이패스 스트림과 결합에 의해 가열된 BOG 스트림의 온도를 제 2 설정점 온도로 감소시킴으로써 달성될 수 있다. BOG 바이패스 스트림은, 이것이 BOG 열교환기를 통과하지 않았기 때문에, 제 1 설정점 온도보다 낮은 온도를 가질 수 있다. 또한 BOG 바이패스 스트림은 대개 제 2 설정점 온도보다 저온일 것이다. 제 2 온도 제어기는 제 2 설정점 온도를 달성하기 위해서 가열된 BOG 스트림과 BOG 바이패스 스트림 중 하나 또는 양자의 상대 질량 유량을 제어할 수 있다.
예컨대, 측정된 제 2 온도가 제 2 설정점 온도보다 높을 때, 제 2 온도 제어기는 BOG 바이패스 스트림의 질량 유량을 증가시킬 수 있고 그리고/또는 BOG 열교환기 공급 스트림의 질량 유량을 감소시킬 수 있다. 측정된 제 2 온도가 제 2 설정점 온도보다 낮을 때, 제 2 온도 제어기는 BOG 바이패스 스트림의 질량 유량을 감소시킬 수 있고 그리고/또는 BOG 열교환기 공급 스트림의 질량 유량을 증가시킬 수 있다.
설비가 적재 모드로 이동할 때, 보일 오프 가스 스트림의 온도와 질량 유동은 유지 모드와 비교했을 때 증가할 수도 있다. 제 1 온도 제어기는 BOG 열교환기의 듀티를 바꾸기 위해서 프로세스 스트림의 질량 유량을 변경함으로써 제 1 설정점 온도에서 가열된 BOG 스트림을 유지하도록 작용할 수 있다. 이것은 BOG 공급 스트림의 더 많은 질량 유동에 부가적 가열을 제공하기 위해서 프로세스 스트림의 질량 유동을 증가시키는 것, 또는 BOG 공급 스트림의 더 높은 온도 때문에 BOG 공급 스트림의 더 적은 가열이 요구된다면 프로세스 스트림의 질량 유동을 감소시키는 것을 포함할 수도 있다.
일 실시형태에서, BOG 열교환기는 BOG 공급 스트림에 최대 요구 듀티를 제공하는 크기로 만들어질 수 있다. 적재 모드동안, BOG 스트림의 증가된 질량 유동으로 유발되는 부가적 듀티는 보통 BOG 스트림의 온도 증가 결과로서 듀티의 감소를 초과할 것이다. 따라서, 적재 모드는 최대 BOG 열교환기 듀티를 발생시킬 수 있다.
이미 설명한 대로, 제 2 온도 제어기의 제 2 설정점 온도가 제 1 설정점 온도 미만이 되도록 선택될 때, 가열된 BOG 스트림의 온도는 BOG 바이패스 스트림과 결합에 의해 제 2 설정점 온도로 감소될 것이다. 유지 모드에서 적재 모드로 이동할 때, 가열된 BOG 스트림을 냉각하는데 사용되는 BOG 바이패스 스트림의 온도가 증가할 것이다. 이것은 제 2 온도 제어기에 의해 측정된 제 2 온도의 상승으로 검출될 것이다. 결과적으로, 제 2 온도 제어기는 제 2 설정점 온도를 향하여 온도 제어된 BOG 스트림의 온도를 낮추기 위해서 BOG 바이패스 스트림의 질량 유동을 증가시키고 그리고/또는 BOG 열교환기 공급 스트림의 질량 유동을 감소시키도록 작동할 수 있다. 다른 방식으로 보았을 때, BOG 열교환기에서 가열되지 않았기 때문에 가열된 BOG 스트림보다 낮은 온도를 가지는 BOG 바이패스 스트림은 BOG 열교환기까지 하류로 통과되는 가열된 BOG 스트림에 냉각을 제공할 수 있다.
시스템이 유지 모드로 복귀할 때, 보일 오프 가스 스트림의 온도와 질량 유동이 감소할 수도 있다. 이것은 BOG 바이패스 스트림의 온도 강하의 결과로서 제 2 설정점 온도 미만으로 제 2 측정 온도의 감소로 검출될 수도 있다. 이런 이유 때문에, BOG 바이패스 스트림에서 질량 유동이 유지되는 것이 바람직하다. 제 2 온도 제어기는 온도 제어된 BOG 스트림의 온도를 제 2 설정점 온도를 향해 상승시키도록 BOG 바이패스 스트림의 질량 유동을 줄임으로써 그리고/또는 BOG 열교환기 공급 스트림의 질량 유동을 증가시킴으로써 반응할 것이다.
또한 제 1 온도 제어기는, 프로세스 스트림에 의해 제공되는 듀티의 변화가 없을 때 가열된 BOG 스트림의 온도 강하를 야기할, BOG 열교환기 공급 스트림의 온도 강하의 결과로서 제 1 설정점 온도 미만으로 측정된 제 1 온도의 감소를 검출할 수도 있다. 제 1 온도 제어기는 현재 낮은 온도인 BOG 열교환기 공급 스트림의 부가적 냉각을 제공하도록 프로세스 스트림의 질량 유동을 증가시켜서, 제 1 설정점 온도를 향해 가열된 BOG 스트림의 온도 증가를 유발함으로써 응답할 수도 있다. 이 경우에, 제 1 및 제 2 온도 제어기는 동시에 측정된 제 1 및 제 2 온도의 감소를 검출할 수도 있다.
이런 식으로, 온도 제어된 보일 오프 가스 스트림은 원하는 온도에서 BOG 압축기로 제공될 수 있다. 이러한 온도는 보일 오프 가스 스트림과 프로세스 스트림의 온도 범위에 있을 수 있다. 보일 오프 가스 스트림의 온도는 설비가 유지 모드에 있는지 또는 적재 모드에 있는지에 의해 결정될 수도 있다. 본 발명은, 프로세스 스트림으로 가열을 제공함으로써 예를 들어 유지 모드 동안 너무 낮은 온도의 스트림이 BOG 압축기로 통과하는 것을 방지하도록 작동할 수 있다.
본 기술분야의 당업자는 본 발명이 첨부된 청구항의 범위에서 벗어나지 않으면서 많은 다양한 방식으로 수행될 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (13)

  1. 극저온으로 저장된 액화 탄화수소 인벤토리로부터의 보일 오프 가스 (BOG) 스트림을 취급하는 방법으로서, 상기 방법은:
    - 액화 탄화수소 저장 탱크로부터 보일 오프 가스 스트림을 제공하는 단계;
    - 탄화수소 공급 스트림을 제공하는 단계;
    - 액화 탄화수소 스트림을 제공하기 위해서 냉매 회로에서 순환되는 적어도 하나의 냉매에 대한 열교환을 포함하는 탄화수소 공급 스트림의 적어도 일부를 액화하는 단계;
    - 액화 탄화수소 저장 탱크에서 극저온으로 저장된 액화 탄화수소 인벤토리에 액화 탄화수소 스트림의 적어도 일부를 부가하는 단계;
    - 팽창된 적어도 부분적으로 액화된 탄화수소 스트림을 제공하기 위해서 하나 이상의 엔드 팽창 기기에서 액화 탄화수소 스트림을 팽창시키는 단계;
    - 액화 탄화수소 스트림과 오버헤드 탄화수소 스트림을 제공하도록, 팽창된 적어도 부분적으로 액화된 탄화수소 스트림을 엔드 플래시 용기로 통과시키는 단계;
    - 액화 탄화수소 스트림을 극저온 저장 탱크로 통과시키는 단계;
    - 오버헤드 탄화수소 스트림을 보일 오프 가스 스트림에 부가하여 결합된 보일 오프 가스 스트림을 제공하는 단계;
    - 상기 결합된 보일 오프 가스 스트림을 BOG 열교환기 공급 스트림과 BOG 바이패스 스트림으로 분할하는 단계;
    - BOG 열교환기에서 BOG 열교환기 공급 스트림을 프로세스 스트림에 대해 열교환하여서, 가열된 BOG 스트림과 냉각된 프로세스 스트림을 제공하는 단계;
    - 온도 제어된 BOG 스트림을 제공하기 위해서, 가열된 BOG 스트림과 BOG 바이패스 스트림을 결합하는 단계를 적어도 포함하고,
    상기 프로세스 스트림의 질량 유동은, 측정된 제 1 온도를 제 1 설정점 온도를 향하여 이동시키기 위해서 (i) 가열된 BOG 스트림과 (ii) 냉각된 프로세스 스트림 중 적어도 하나의 측정된 제 1 온도에 응하여 제어되고, BOG 열교환기 공급 스트림과 BOG 바이패스 스트림 중 하나 또는 양자의 질량 유동은 측정된 제 2 온도를 제 2 설정점 온도를 향하여 이동시키기 위해서 온도 제어된 BOG 스트림의 측정된 제 2 온도에 응하여 제어되는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    - BOG 압축기 공급 스트림을 제공하기 위해서 상기 온도 제어된 BOG 스트림을 BOG 압축기 녹아웃 드럼으로 통과시키는 단계;
    - 압축된 BOG 스트림을 제공하기 위해서 상기 BOG 압축기 공급 스트림을 BOG 압축기에서 압축하는 단계를 더 포함하는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세스 스트림은 기설정된 프로세스 스트림 온도로 제공되는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가열된 BOG 스트림의 측정된 제 1 온도에 응한 프로세스 스트림의 질량 유동의 제어는:
    - 제 1 설정점 온도를 가지는 제 1 온도 제어기로, 가열된 BOG 스트림의 측정된 제 1 온도를 결정하는 단계;
    - 측정된 제 1 온도를 제 1 설정점 온도를 향하여 이동시키기 위해서 프로세스 스트림 밸브를 조절함으로써 프로세스 스트림의 질량 유동을 바꾸는 단계를 포함하는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 온도 제어된 BOG 스트림의 측정된 제 2 온도에 응한 BOG 열교환기 공급 스트림과 BOG 바이패스 스트림 중 하나 또는 양자의 질량 유동의 제어는:
    - 제 2 설정점 온도를 가지는 제 2 온도 제어기로, 온도 제어된 BOG 스트림의 측정된 제 2 온도를 결정하는 단계;
    - 측정된 제 2 온도를 제 2 설정점 온도를 향하여 이동시키기 위해서 공급 스트림 밸브와 바이패스 스트림 밸브를 각각 조절함으로써 BOG 열교환기 공급 스트림과 BOG 바이패스 스트림 중 하나 또는 양자의 질량 유동을 바꾸는 단계를 포함하는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 스트림은 탄화수소 공급 스트림으로부터의 적어도 일부를 포함하고, 탄화수소 공급 스트림의 일부는 BOG 열교환기에서의 열교환 후 적어도 부분적으로 액화 탄화수소 저장 탱크에서 극저온으로 저장된 액화 탄화수소 인벤토리에 부가되는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 탄화수소 공급 스트림으로부터의 프로세스 스트림은 BOG 열교환기에서 열교환되도록 냉매 회로에서 순환되는 상기 적어도 하나의 냉매에 대한 열교환의 적어도 일부를 바이패스하는 슬립 스트림에 의해 형성되는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 스트림은 냉매 회로에서 순환되는 적어도 하나의 냉매로부터 얻어지는 적어도 냉매 스트림을 포함하는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 방법.
  9. 극저온으로 저장된 액화 탄화수소 인벤토리로부터의 보일 오프 가스 스트림 (BOG) 을 취급하는 장치로서, 상기 장치는:
    - 액화 탄화수소 스트림 및 엔드 플래시 가스 스트림을 제공하는 엔드 플래시 용기;
    - 액화 탄화수소 인벤토리를 저장하기 위한 액화 탄화수소 저장 탱크로서, 상기 액화 탄화수소 저장 탱크는 액화 탄화수소 저장 탱크 안으로 액화 탄화수소 스트림의 유입을 허용하기 위한 제 1 유입구 및 보일 오프 가스 스트림을 액화 탄화수소 저장 탱크 외부로 통과시키도록 허용하기 위한 제 1 유출구를 가지는 액화 탄화수소 저장 탱크;
    - 상기 엔드 플래시 가스 스트림을 상기 보일 오프 가스 스트림에 연결하여, 결합된 보일 오프 가스 스트림을 제공하는 커넥터;
    - 상기 결합된 보일 오프 가스 스트림을 BOG 열교환기 공급 스트림과 BOG 바이패스 스트림으로 나누는 제 1 유동 분할 기기;
    - 프로세스 스트림에 대한 열교환에 의해 BOG 열교환기 공급 스트림을 가열하기 위한 BOG 열교환기로서, 상기 BOG 열교환기는 BOG 열교환기 공급 스트림을 수용하기 위한 제 1 유입구 및 가열된 BOG 스트림을 배출하기 위한 제 1 유출구, 프로세스 스트림을 수용하기 위한 제 2 유입구 및 냉각된 프로세스 스트림을 배출하기 위한 제 2 유출구를 가지는 BOG 열교환기;
    - 온도 제어된 보일 오프 가스 스트림을 제공하도록 BOG 바이패스 스트림과 가열된 BOG 스트림을 결합하는 제 1 스트림 결합 기기;
    - BOG 열교환기 공급 스트림과 BOG 바이패스 스트림 중 적어도 하나의 질량 유동을 제어하는 하나 이상의 유동 제어 밸브;
    - 프로세스 스트림의 질량 유동을 제어하는 프로세스 스트림 밸브;
    - (i) 가열된 BOG 스트림과 (ii) 냉각된 프로세스 스트림 중 적어도 하나의 측정된 제 1 온도를 결정하고 제 1 설정점 온도를 가지고, 측정된 제 1 온도를 제 1 설정점 온도를 향하여 이동시키기 위해서 프로세스 스트림 밸브를 조절하도록 배치된 제 1 온도 제어기; 및
    - 온도 제어된 보일 오프 가스 스트림의 측정된 제 2 온도를 결정하고 제 2 설정점 온도를 가지고, 측정된 제 2 온도를 제 2 설정점 온도를 향하여 이동시키도록 하나 이상의 유동 제어 밸브를 조절하도록 배치된 제 2 온도 제어기를 적어도 포함하는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    - 온도 제어된 BOG 스트림을 위한 유입구와 BOG 압축기 공급 스트림을 위한 유출구를 가지는 BOG 압축기 녹아웃 드럼; 및
    - BOG 압축기 공급 스트림을 수용하기 위해 BOG 압축기 녹아웃 드럼의 유출구에 연결되는 유입구를 가지고, 압축된 BOG 스트림을 위한 유출구를 가지는 BOG 압축기를 더 포함하는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    - 액화 탄화수소 스트림을 얻기 위해서 냉매에 대한 열교환에 의해 탄화수소 공급 스트림의 적어도 일부를 액화하기 위한 하나 이상의 메인 냉각 열교환기를 포함하는 메인 냉각 유닛; 및
    - 냉매를 순환시키기 위한 냉매 회로를 더 포함하고,
    상기 메인 냉각 유닛은 액화 탄화수소 저장 탱크에서 극저온으로 저장된 액화 탄화수소 인벤토리에 액화 탄화수소 스트림의 적어도 일부를 부가할 수 있도록 액화 탄화수소 저장 탱크에 연결되는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 BOG 열교환기의 제 2 유입구는 탄화수소 공급 스트림으로부터 적어도 일부를 수용하도록 배치되어서 프로세스 스트림은 탄화수소 공급 스트림으로부터 적어도 일부를 포함하고, 상기 BOG 열교환기의 제 2 유출구는 액화 탄화수소 저장 탱크에 연결되는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 BOG 열교환기의 제 2 유입구와 제 2 유출구는 냉매 회로에 연결되어서, 상기 프로세스 스트림은 냉매의 적어도 일부를 포함하는 보일 오프 가스 스트림을 취급하는 장치.
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