KR102162369B1 - 향상된 다중 압력 혼합된 냉매 냉각 프로세스 - Google Patents

향상된 다중 압력 혼합된 냉매 냉각 프로세스 Download PDF

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Abstract

다중 압력을 갖는 혼합된 냉매 사전 냉각 시스템을 갖는 천연 가스 액화 공정의 용량 및 효율을 증가시키기 위해 기재된 시스템 및 방법은 압축된 혼합된 냉매 스트림을 냉각하는 것과, 냉각된 혼합된 냉매 스트림을 증기 및 액체 부분으로 분리하는 것을 포함한다. 액체 부분은 냉동 듀티를 제 1 사전 냉각 열교환기에 제공한다. 증기 부분은 냉동 듀티를 제 2 사전 냉각 열교환기에 제공하기 위해 추가로 압축되고, 냉각되고, 응축되고, 사용된다. 액화된 천연 가스로부터 분리된 플래시 가스는 따뜻해지고, 천연 가스 공급 스트림과 조합된다.

Description

향상된 다중 압력 혼합된 냉매 냉각 프로세스{IMPROVED MULTIPLE PRESSURE MIXED REFRIGERANT COOLING PROCESS}
단일 혼합 냉매(SMR) 사이클, 프로판-사전 냉각된 혼합 냉매(C3MR) 사이클, 이중 혼합 냉매(DMR) 사이클, C3MR-질소 하이브리드(AP-X™와 같은) 사이클, 질소 또는 메탄 팽창기 사이클, 및 캐스케이드 사이클과 같이, 천연 가스를 냉각, 액화 및 선택적으로 과냉하기 위한 다수의 액화 시스템이 당 업계에 잘 알려져 있다. 전형적으로, 이러한 시스템에서, 천연 가스는 하나 이상의 냉매와의 간접 열교환에 의해 냉각되고, 액화되고, 선택적으로 과냉된다. 혼합 냉매, 순수 성분, 2상 냉매, 기상 냉매 등과 같이 다양한 냉매가 이용될 수 있다. 질소, 메탄, 에탄/에틸렌, 프로판, 부탄 및 펜탄의 혼합물인 혼합 냉매(MR)는 많은 염-부하 액화 천연 가스(LNG) 플랜트에 사용되어 왔다. MR 스트림의 조성은 일반적으로 공급 가스 조성 및 작동 조건에 기초하여 최적화된다.
냉매는 하나 이상의 열교환기 및 냉매 압축 시스템을 포함하는 냉매 회로에서 순환된다. 냉매 회로는 폐쇄 루프 또는 개방 루프일 수 있다. 천연 가스는 열교환기 내의 냉매와의 간접 열교환에 의해 하나 이상의 냉매 회로에서의 간접 열교환에 의해 냉각, 액화 및/또는 과냉된다.
냉매 압축 시스템은 순환하는 냉매를 압축 및 냉각하기 위한 압축 시퀀스, 및 압축기를 구동시키는데 필요한 동력을 제공하는 구동기 조립체를 포함한다. 사전 냉각된 액화 시스템의 경우, 구동기 조립체에서의 구동기의 양과 유형 및 압축 시퀀스는 사전 냉각 시스템과 액화 시스템에 필요한 동력 비율에 영향을 준다. 냉매 압축 시스템은, 천연 가스를 냉각, 액화 및 선택적으로 과냉에 필요한 열 듀티를 제공하는 냉온 저압 냉매 스트림을 발생하기 위해 냉매가 팽창 이전에 고압으로 압축되고 냉각될 필요가 있기 때문에 액화 시스템의 중요한 구성 요소이다.
DMR 프로세스는 2개의 혼합된 냉매 스트림을 수반하는데, 첫 번째는 공급 천연 가스를 사전 냉각하기 위한 것이고, 두 번째는 사전 냉각된 천연 가스를 액화시키기 위한 것이다. 2개의 혼합된 냉매 스트림은 2개의 냉매 회로, 사전 냉각 시스템 내의 사전 냉각 냉매 회로, 및 액화 시스템 내의 액화 냉매 회로를 통과한다. 각각의 냉매 회로에서, 냉매 스트림은 증발되면서, 천연 가스 공급 스트림을 냉각 및 액화시키는데 필요한 냉각 듀티를 제공한다. 냉매 스트림이 단일 압력 레벨에서 증발될 때, 시스템 및 프로세스는 "단일 압력"으로 지칭된다. 냉매 스트림이 2개 이상의 압력 레벨에서 증발될 때, 시스템 및 프로세스는 "다중 압력"으로 지칭된다. 도 1을 참조하면, 종래 기술의 DMR 프로세스는 냉각 및 액화 시스템(100)에 도시되어 있다. 본원에 기재된 DMR 프로세스는 단일 압력 액화 시스템 및 2개의 압력 레벨을 갖는 다중 압력 사전 냉각 시스템을 수반한다. 그러나, 임의의 수의 압력 레벨이 존재할 수 있다. 바람직하게는 천연 가스인 공급 스트림은 물, CO2 및 H2S와 같은 산성 가스, 및 수은과 같은 다른 오염물을 제거하기 위해 전처리부(미도시)에서 알려진 방법으로 세정 및 건조되어, 전처리된 공급 스트림(102)을 초래한다. 본질적으로 물이 없는 전처리된 공급 스트림(102)은 제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(106)을 발생하기 위해 사전 냉각 시스템(134)에서 사전 냉각되고, 제 1 LNG 스트림(108)을 발생하기 위해 메인 극저온 열교환기(MCHE)(164)에서 추가로 냉각, 액화 및/또는 과냉된다. 제 1 LNG 스트림(108)은 전형적으로 LNG 압력 감소 디바이스(111)를 통과시켜 압력에서 하락되어, 감소된 압력 LNG 스트림(103)을 발생하고, 이것은 다시 플래시 드럼(107)으로 보내져서, 플래시 가스 스트림(109) 및 제 2 LNG 스트림(105)을 발생한다. 제 2 LNG 스트림(105)은 저장 압력으로 하락될 수 있고, LNG 저장 탱크(미도시)로 보내질 수 있다. 플래시 가스 스트림(109) 및 저장 탱크에서 발생된 임의의 증발 가스(BOG)는 플랜트에서 연료로 사용되고 및/또는 플레어(flare)로 보내질 수 있다.
사전 처리된 공급 스트림(102)은 제 1 사전 냉각 열교환기(160)에서 냉각되어 제 1 사전 냉각 천연 가스 스트림(104)을 발생한다. 제 1 사전 냉각 천연 가스 스트림(104)은 제 2 사전 냉각 천연 가스 스트림(106)을 발생하기 위해 제 2 사전 냉각 열교환기(162)에서 냉각된다. 제 2 사전 냉각 천연 가스 스트림(106)은 약 -170℃와 약 -120℃ 사이의 온도, 바람직하게는 약 -170℃와 약 -140℃ 사이의 온도에서 제 1 LNG 스트림(108)을 발생하기 위해 액화되고 후속하여 과냉된다. 도 1에 도시된 MCHE(164)는 2개의 튜브 다발, 따뜻한 다발(166) 및 냉온 다발(167)을 갖는 코일 권취 열교환기이다. 그러나, 임의의 수의 다발 및 임의의 교환기 유형이 이용될 수 있다. 도 1이 2개의 사전 냉각 열교환기 및 사전 냉각 회로 내의 2개의 압력 레벨을 도시하지만, 임의의 수의 사전 냉각 열교환기 및 압력 레벨이 이용될 수 있다. 사전 냉각 열교환기는 도 1에서 코일 권취 열교환기로 도시되어 있다. 그러나, 이들은 플레이트 및 핀 열교환기, 쉘 및 튜브 열교환기, 또는 천연 가스를 사전 냉각하기에 적합한 임의의 다른 열교환기일 수 있다.
용어 "본질적으로 물이 없는"은 전처리된 공급 스트림(102) 내의 임의의 잔류물이 하류의 냉각 및 액화 프로세스에서의 물 결빙과 연관된 작동 문제를 방지하기에 충분히 낮은 농도로 존재한다는 것을 의미한다. 본원에 기재된 실시예에서, 물 농도는 바람직하게는 1.0ppm 이하, 보다 바람직하게는 0.1ppm 내지 0.5ppm이다.
DMR 프로세스에 사용되는 사전 냉각 냉매는 질소, 메탄, 에탄/에틸렌, 프로판, 부탄 등과 같은 성분, 및 다른 탄화 수소 성분을 포함하는 따뜻한 혼합 냉매(WMR) 또는 "제 1 냉매"로 본원에 지칭되는 혼합 냉매(MR)이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 저압 WMR 스트림(110)은 제 2 사전 냉각 열교환기(162)의 쉘 측의 따뜻한 단부로부터 회수되고 WMR 압축기(112)의 제 1 압축 스테이지(112A)에서 압축된다. 중간 압력 WMR 스트림(118)은 제 1 사전 냉각 열교환기(160)의 쉘 측의 따뜻한 단부로부터 회수되고, WMR 압축기(112) 내로 측면 스트림으로서 도입되며, 여기서 이것은 제 1 압축 스테이지(112A)로부터 압축된 스트림(미도시)과 혼합된다. 혼합된 스트림(미도시)은 WMR 압축기(112)의 제 2 WMR 압축 스테이지(112B)에서 압축되어, 압축 WMR 스트림(114)을 발생한다. 저압 WMR 스트림(110) 및 중간 압력 WMR 스트림(118)에 존재하는 임의의 액체는 증기-액체 분리 디바이스(미도시)에서 제거된다.
압축된 WMR 스트림(114)은 WMR 후 냉각기(115)에서 냉각되고 바람직하게 응축되어, 제 1 냉각된 압축된 WMR 스트림(116)을 발생하고, 이는 튜브 회로에서 추가로 냉각될 제 1 사전 냉각 열교환기(160)에 도입되어, 제2 냉각된 압축된 WMR 스트림(120)을 발생한다. 제 2 냉각된 압축된 WMR 스트림(120)은 2개의 부분, 즉 제 1 부분(122)과 제 2 부분(124)으로 분할된다. 제 2 냉각된 압축된 WMR 스트림(122)의 제 1 부분은 제 1 WMR 팽창 디바이스(126)에서 팽창되어 제 1 팽창된 WMR 스트림(128)을 발생하고, 이것은 제 1 사전 냉각 열교환기(160)의 쉘 측으로 도입되어 냉동 듀티를 제공한다. 제 2 냉각된 압축된 WMR 스트림(124)의 제 2 부분은 추가로 냉각될 제 2 사전 냉각 열교환기(162)에 도입되고, 그 후 제 2 WMR 팽창 디바이스(130)에서 팽창되어 제 2 팽창된 WMR 스트림(132)을 발생하고, 이것은 제 2 사전 냉각 열교환기(162)의 쉘 측에 도입되어 냉동 듀티를 제공한다. WMR이 사전 냉각 열교환기로부터 회수된 후에 WMR을 압축 및 냉각하는 프로세스는 일반적으로 본 명세서에서 WMR 압축 시퀀스로 지칭된다.
또한, 도 1이 압축 스테이지(112A 및 112B)가 단일 압축기 본체 내에서 수행되는 것을 도시하지만, 이들은 2개 이상의 개별 압축기에서 수행될 수 있다. 추가로, 중간 냉각 열교환기는 스테이지들 사이에 제공될 수 있다. WMR 압축기(112)는 원심력, 축 방향, 양의 변위, 또는 임의의 다른 압축기 유형과 같은 임의의 유형의 압축기일 수 있다.
DMR 프로세스에서, 액화 및 과냉은 냉온 혼합 냉매(CMR) 또는 "제 2 냉매"로 본원에서 지칭되는 제 2 혼합 냉매 스트림에 대해 사전 냉각된 천연 가스를 열교환함으로써 수행된다.
따뜻한 저압 CMR 스트림(140)은 MCHE(164)의 쉘 측의 따뜻한 단부로부터 회수되어, 임의의 액체를 분리하기 위해 흡인 드럼(미도시)을 통해 보내지고, 증기 스트림은 CMR 압축기(141)에서 압축되어 압축된 CMR 스트림(142)을 발생한다. 따뜻한 저압 CMR 스트림(140)은 전형적으로 WMR 사전 냉각 온도 또는 그 근처의 온도, 바람직하게는 약 -30℃ 미만 및 10 bara(145 psia) 미만의 압력에서 회수된다. 압축된 CMR 스트림(142)은 CMR 후 냉각기(143)에서 냉각되어, 압축된 냉각된 CMR 스트림(144)을 발생한다. 추가적인 상 분리기, 압축기 및 애프터쿨러가 존재할 수 있다. MCHE(164)의 따뜻한 단부로부터 CMR이 회수된 후에 CMR을 압축 및 냉각하는 프로세스는 일반적으로 본원에서 CMR 압축 시퀀스로 지칭된다.
그런 후에, 압축 냉각된 CMR 스트림(144)은 사전 냉각 시스템(134)에서 증발하는 WMR에 대해 냉각된다. 압축된 냉각된 CMR 스트림(144)은 제 1 사전 냉각된 CMR 스트림(146)을 발생하기 위해 제 1 사전 냉각 열교환기(160)에서 냉각되고, 그런 후에 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(148)을 발생하기 위해 제 2 사전 냉각 열교환기(162)에서 냉각되고, 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(148)은 CMR 스트림의 사전 냉각 온도 및 조성에 따라 완전히 응축되거나 2상일 수 있다. 그런 후에, CMR 스트림(148)은 액화 시스템(165)에서 액화 및/또는 과냉된다. 도 1은, 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(148)이 2상이며, CMR 상 분리기(150)로 보내져서 CMR 액체(CMRL) 스트림(152) 및 CMR 증기(CMRV) 스트림(151)을 발생하고, 이들 양쪽 모두는 MCHE(164)로 다시 보내져서 추가로 냉각되는 장치를 도시한다. 상 분리기를 떠나는 액체 스트림은 업계에서 MRL로 언급되며, 상 분리기를 떠나는 증기 스트림은 이들이 액화된 후에도 업계에서 MRV로 언급된다.
CMRL 스트림(152) 및 CMRV 스트림(151)은 모두 MCHE(164)의 2개의 개별 회로에서 냉각된다. CMRL 스트림(152)은 MCHE(164)의 따뜻한 다발(166)에서 냉각되어, 따뜻한 다발(166)에 요구된 냉동을 제공하기 위해 MCHE(164)의 쉘 측으로 다시 보내지는 팽창된 CMRL 스트림(154)을 발생하기 위해 CMR 팽장 디바이스(153) 양단에서 압력이 하락되는 냉온 스트림을 초래한다. CMRV 스트림(151)은 따뜻한 다발(166) 및 후속하여 MCHE(164)의 냉온 다발(167)에서 냉각되고, 그런 후에 냉온 다발(167) 및 웜 다발(166)에 필요한 냉동을 제공하기 위해 MCHE(164)에 도입되는 팽창된 CMRV 스트림(156)을 발생하기 위해 CMRV 팽창 디바이스(155) 양단에서 압력이 감소된다.
MCHE(164) 및 사전 냉각 열교환기(160)는 코일 권취 열교환기, 플레이트 및 핀 열교환기 또는 쉘 및 튜브 열교환기와 같은 천연 가스 냉각 및 액화에 적합한 임의의 교환기일 수 있다. 코일 권취 열교환기는 천연 가스 액화를위한 종래 기술의 교환기이며, 유동 공정을 위한 복수의 나선형 권취 튜브 및 따뜻한 냉매 스트림과 냉온 냉매 스트림을 유동시키기 위한 쉘 공간을 포함하는 적어도 하나의 튜브 다발을 포함한다.
도 1에 도시된 장치에서, 제 1 사전 냉각 열교환기(160)의 냉온 단부는 20℃ 미만, 바람직하게는 약 10℃ 미만, 보다 바람직하게는 약 0℃ 미만의 온도에 있다. 제 2 사전 냉각 열교환기(162)의 냉온 단부는 10℃ 미만, 바람직하게는 약 0℃ 미만, 보다 바람직하게는 약 -30℃ 미만의 온도에 있다. 따라서, 제 2 사전 냉각 열교환기는 제 1 사전 냉각 열교환기보다 낮은 온도에 있다.
혼합된 냉매 사이클의 핵심적인 이점은, 혼합된 냉매 스트림의 조성이 공정 효율을 증가시키기 위해 열교환기의 냉각 곡선 및 출구 온도를 조정하도록 최적화될 수 있다는 것이다. 이것은 냉각 공정의 다양한 스테이지에 대한 냉매 스트림의 조성을 조정함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 에탄 및 중질 성분의 고농도를 갖는 혼합된 냉매는 사전 냉각 냉매로서 매우 적합한 한편, 메탄 및 질소의 고농도를 갖는 혼합된 냉매는 과냉각 냉매로서 매우 적합하다.
도 1에 도시된 장치에서, 제 1 사전 냉각 열교환기에 냉동 듀티를 제공하는 제 1 팽창된 WMR 스트림(128)의 조성은 제 2 사전 냉각 열교환기(162)에 냉동 듀티를 제공하는 제 2 팽창된 WMR 스트림(132)의 조성과 동일하다. 제 1 및 제 2 사전 냉각 열교환기가 상이한 온도로 냉각하기 때문에, 두 열교환기에 대해 동일한 냉매 조성을 사용하는 것은 비효율적이다. 추가로, 3개 이상의 사전 냉각 열교환기에 대해 비효율이 증가한다.
감소된 효율은 동일한 양의 LNG를 발생하는데 필요한 증가된 동력을 야기한다. 감소된 효율은 이용 가능한 사전 냉각 구동기 동력의 고정된 양에서 더욱 따뜻한 전체 사전 냉각 온도를 추가로 초래한다. 이것은 냉동 부하를 사전 냉각 시스템으로부터 액화 시스템으로 시프트하여, MCHE를 더 크게 만들고, 액화 동력 부하를 증가시키며, 이것은 자본비 및 동작 가능성의 관점에서 바람직하지 않을 수 있다.
이 문제를 해결하기 위한 하나의 접근법은 사전 냉각 스테이지마다 2개의 별도의 폐루프 냉매 회로를 갖는 것이다. 이는 제 1 사전 냉각 열교환기(160) 및 제 2 사전 냉각 열교환기(162)를 위한 별도의 혼합된 냉매 회로를 필요로 한다. 이는 2개의 냉매 스트림의 조성이 독립적으로 최적화하도록 하므로 효율을 향상시킬 수 있게 한다. 그러나, 이 접근법은 각각의 사전 냉각 열교환기에 대해 별도의 압축 시스템을 필요로 하며, 이는 증가된 자본비, 푸트프린트(footprint) 및 동작 복잡성을 초래하고, 이것은 바람직하지 못하다.
도 1에 도시된 장치에 대한 또 다른 문제점은, 사전 냉각 및 액화 시스템에 필요한 동력이 동일하지 않을 수 있어, 동력을 제공하기 위해 상이한 수의 구동기를 요구한다는 것이다. 종종, 액화 시스템은 전형적인 사전 냉각 온도로 인해 사전 냉각 시스템보다 높은 동력 요구를 갖는다. 몇몇 경우에, 사전 냉각 및 액화 시스템 구동기 간에 50-50의 동력 분할을 달성하는 것이 바람직할 수 있다.
그러므로, 사전 냉각 및 액화 시스템의 동력 요건 사이의 균형을 더 높이고 양쪽 시스템의 효율을 향상시키면서, 자본비, 푸트프린트 또는 동작 복잡성의 증가를 피하는 천연 가스를 액화하기 위한 향상된 시스템이 필요하다.
이 요약은 상세한 설명에서 아래에 추가로 기재되는 간략화된 형태의 개념의 선택을 소개하기 위해 제공된다. 이 요약은 청구된 주제의 핵심적인 특징 또는 필수적인 특징을 식별하도록 의도되는 것이 아니며 청구된 주제의 범위를 제한하는데 사용되도록 의도되지 않는다.
아래에 기재되고 다음의 청구항에 의해 규정되는 일부 실시예는 LNG 액화 공정의 사전 냉각 부분에 대한 개선을 포함한다. 일부 실시예는 사전 냉각 부분에서 다수의 사전 냉각 열교환부를 사용하고 냉동 듀티를 사전 냉각 열교환부에 제공하는데 사용된 냉매 스트림을 상이한 압력에서 압축 시스템에 도입함으로써 종래 기술에서의 필요성을 충족시킨다. 일부 실시예는 압축 시스템의 압축 스테이지 사이에서 중간 냉각되고 분리되는 냉매의 스트림의 액체 분율을 향하게 함으로써 종래 기술의 필요성을 충족시킨다.
본 시스템 및 방법의 몇 가지 양상을 아래에 개략적으로 설명한다.
양상 1: 방법으로서:
(a) 사전 냉각된 탄화수소 스트림(206), 적어도 부분적으로 응축되는 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림(248), 및 복수의 증발된 제 1 냉매 스트림(210, 218)을 발생하기 위해 사전 냉각 서브 시스템의 복수의 열교환부 각각에서 제 1 혼합된 냉매에 대한 간접 열교환에 의해 탄화수소 유체를 포함하는 탄화수소 공급 스트림(202), 제 2 혼합된 냉매를 포함하는 제 2 냉매 공급 스트림(244), 및 제 1 혼합된 냉매를 포함하는 적어도 하나의 제 1 냉매 스트림(216)을 냉각하는 단계로서, 사전 냉각 서브 시스템은 복수의 열교환부들 및 압축 서브 시스템을 포함하는, 냉각 단계;
(b) 제 1 입구 스트림(275)을 제 1 입구 압력에서 제 1 사전 냉각 열교환부(260)에 공급하고, 제 2 입구 스트림(216)을 제 1 입구 압력보다 높은 제 2 입구 압력에서 제 1 사전 냉각 열교환부에 공급하는 단계로서, 각 제 1 및 제 2 입구 스트림은 제 1 혼합 냉매를 포함하고, 제 1 혼합 냉매는 제 1 입구 스트림에서의 제 1 입구 조성 및 제 2 입구 스트림에서의 제 2 입구 조성을 갖고, 제 1 입구 조성은 제 2 입구 조성과 상이한, 공급 단계;
(c) 제 1 출구 압력 및 제 1 출구 조성에서 제 1 사전 냉각 열교환부로부터 제 1 증발된 제 1 냉매 스트림(218)을 회수하고, 제 1 출구 압력보다 낮은 제 2 출구 압력 및 제 2 출구 조성에서 제 2 사전 냉각 열교환부로부터 제 2 증발된 제 1 냉매 스트림(210)을 회수하는 단계로서, 각 제 1 및 제 2 증발된 제 1 냉매 스트림들은 복수의 증발된 제 1 냉매 스트림들 중 하나를 포함하는, 회수 단계;
(d) 제 1 액화된 탄화수소 온도에서 제 1 액화된 탄화수소 스트림(208)을 발생하기 위해 제 2 혼합된 냉매에 대한 간접 열교환에 의해 메인 열교환기(264)에서 사전 냉각된 탄화수소 스트림(206)을 적어도 부분적으로 액화하는 단계로서, 제 2 냉매는 제 1 입구 조성, 제 2 입구 조성, 제 1 출구 조성, 및 제 2 출구 조성과 상이한 제 2 냉매 조성을 갖는, 액화 단계;
(e) 감소된 압력 제 1 액화된 탄화수소 스트림(203)을 형성하기 위해 제 1 액화된 탄화수소 스트림(208)을 팽창하는 단계;
(f) 제 1 액화된 탄화수소 온도보다 낮은 제 2 액화된 탄화수소 온도에서 감소된 압력 제 1 액화된 탄화수소 스트림(203)을 플래시 가스 스트림(209) 및 제 2 액화된 탄화수소 스트림(205)으로 분리하는 단계;
(g) 재순환 스트림(285)을 형성하기 위해 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림에 대한 간접 열교환에 의해 플래시 가스 스트림(209)의 적어도 부분을 워밍하는 단계; 및
(h) 단계 (a)를 수행하기 전에 재순환 스트림(285)의 적어도 제 1 부분을 탄화수소 공급 스트림(202)과 조합하는 단계를 포함한다.
양상 2: 양상 1의 방법으로서, 제 2 입구 압력은 제 1 입구 압력보다 적어도 5 bara 높다.
양상 3: 양상 1의 방법으로서, 제 2 입구 압력은 제 1 입구 압력보다 적어도 10 bara 높다.
양상 4: 양상 1 내지 3 중 어느 한 양상의 방법으로서, 제 1 입구 스트림 조성은 75 몰% 미만의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소들을 갖고, 제 2 입구 스트림 조성은 40 몰% 초과 에탄 및 더 가벼운 탄화수소들을 갖는다.
양상 5: 양상 1 내지 3 중 어느 한 양상의 방법으로서, 제 1 입구 스트림 조성은 60% 미만의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소들을 갖고, 제 2 입구 스트림 조성은 60% 초과 에탄 및 더 가벼운 탄화수소들을 갖는다.
양상 6: 양상 1 내지 5 중 어느 한 양상의 방법으로서, 제 2 출구 압력은 제 1 출구 압력보다 적어도 2 bara 낮다.
양상 7: 양상 1 내지 6 중 어느 한 양상의 방법으로서, (i) 단계(g)를 수행한 후 단계(h)를 수행하기 전에 재순환 스트림을 압축하고 냉각하는 단계를 추가로 포함한다
양상 8: 양상 1 내지 7 중 어느 한 양상의 방법으로서, 단계(f)는
(f) 제 1 액화된 탄화수소 온도보다 낮은 제 2 액화된 탄화수소 온도에서 감소된 압력 제 1 액화된 탄화수소 스트림을 플래시 가스 스트림 및 제 2 액화된 탄화수소 스트림으로 분리하는 단계로서, 감소된 압력 제 1 액화된 탄화수소 스트림은 제 1 흐름율을 갖고, 플래시 가스 스트림은 제 1 흐름율의 30% 미만인 제 2 흐름율을 갖는, 분리 단계를 포함한다.
양상 9: 양상 1 내지 8 중 어느 한 양상의 방법으로서, 단계(g)는
(g) 재순환 스트림을 형성하기 위해 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림에 대한 간접 열교환에 의해 플래시 가스 스트림의 적어도 부분을 워밍하는 단계로서, 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림은 제 1 혼합된 냉매의 부분을 포함하는, 워밍 단계를 포함한다.
양상 10: 양상 1 내지 9 중 어느 한 양상의 방법으로서, 단계(g)는
(g) 재순환 스트림을 형성하기 위해 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림에 대한 간접 열교환에 의해 플래시 가스 스트림의 적어도 부분을 워밍하는 단계로서, 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림은 제 2 혼합된 냉매의 부분을 포함하는, 워밍 단계를 포함한다.
양상 11: 양상 1 내지 10 중 어느 한 양상의 방법으로서, 단계(d)는
(d) 제 1 액화된 탄화수소 온도에서 제 1 액화된 탄화수소 스트림을 발생하기 위해 제 2 혼합된 냉매에 대한 간접 열교환에 의해 메인 열교환기에서 사전 냉각된 탄화수소 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 단계로서, 제 2 냉매는 제 1 입구 조성, 제 2 입구 조성, 제 1 출구 조성, 및 제 2 출구 조성과 상이한 제 2 냉매 조성을 갖고, 메인 열교환기는 코일-권취 열교환기인, 액화 단계를 더 포함한다.
양상 12: 양상 1 내지 10 중 어느 한 양상의 방법으로서, 단계(d)는
(d) 제 1 액화된 탄화수소 온도에서 제 1 액화된 탄화수소 스트림을 발생하기 위해 제 2 혼합된 냉매에 대한 간접 열교환에 의해 메인 열교환기에서 사전 냉각된 탄화수소 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 단계로서, 제 2 냉매는 제 1 입구 조성, 제 2 입구 조성, 제 1 출구 조성, 및 제 2 출구 조성과 상이한 제 2 냉매 조성을 갖고, 메인 열교환기는 하나 이하의 다발을 갖는 코일-권취 열교환기인, 액화 단계를 더 포함한다.
양상 13: 양상 1 내지 12 중 어느 한 양상의 방법으로서, 제 2 냉매 조성은 에탄보다 가벼운 20% 초과 성분을 포함한다.
양상 14: 양상 1 내지 12 중 어느 한 양상의 방법으로서, 제 2 냉매 조성은 에탄보다 가벼운 40% 초과 성분을 포함한다.
양상 15: 양상 1 내지 14 중 어느 한 양상의 방법으로서, 단계(a)는
(a) 사전 냉각된 탄화수소 스트림, 완전히 응축되는 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림, 및 복수의 증발된 제 1 냉매 스트림을 발생하기 위해 사전 냉각 서브 시스템의 복수의 열교환부 각각에서 제 1 혼합된 냉매에 대한 간접 열교환에 의해 탄화수소 유체를 포함하는 탄화수소 공급 스트림, 제 2 혼합된 냉매를 포함하는 제 2 냉매 공급 스트림, 및 제 1 혼합된 냉매를 포함하는 적어도 하나의 제 1 냉매 스트림을 냉각하는 단계로서, 사전 냉각 서브 시스템은 복수의 열교환부들 및 압축 서브 시스템을 포함하는, 냉각 단계를 포함한다.
양상 16: 양상 1 내지 15 중 어느 한 양상의 방법으로서,
(j) 압축 서브 시스템의 압축 스테이지로부터 사전 냉각 냉매 스트림을 제거하는 단계로서, 사전 냉각 냉매 스트림은 에탄보다 가벼운 20% 미만의 성분으로 구성되는, 제거 단계; 및
(k) 사전 냉각 냉매 스트림을 제 1 증기 냉매 스트림 및 제 1 입구 스트림으로 분리하는 단계를 더 포함한다.
양상 17: 양상 1 내지 15 중 어느 한 양상의 방법으로서,
(j) 압축 서브 시스템의 압축 스테이지로부터 사전 냉각 냉매 스트림을 제거하는 단계로서, 사전 냉각 냉매 스트림은 에탄보다 가벼운 5% 미만의 성분으로 구성되는, 제거 단계; 및
(k) 사전 냉각 냉매 스트림을 제 1 증기 냉매 스트림 및 제 1 입구 스트림으로 분리하는 단계를 더 포함한다.
양상 18: 양상 1 내지 17 중 어느 한 양상의 방법으로서,
(l) 액화 동력 요건에 대한 사전 냉각 동력 요건의 제 1 원하는 비율을 달성하기 위해 (1) 사전 냉각된 탄화수소 온도, (2) 제 1 액화된 탄화수소 온도, 및 (3) 플래시 가스 흐름율을 조정하는 단계로서, 제 1 원하는 비율은 0.2 내지 0.7인, 조정 단계를 더 포함한다.
양상 19: 양상 1 내지 17 중 어느 한 양상의 방법으로서,
(l) 액화 동력 요건에 대한 사전 냉각 동력 요건의 제 1 원하는 비율을 달성하기 위해 (1) 사전 냉각된 탄화수소 온도, (2) 제 1 액화된 탄화수소 온도, 및 (3) 플래시 가스 흐름율을 조정하는 단계로서, 제 1 원하는 비율은 0.3 내지 0.6인, 조정 단계를 더 포함한다.
양상 20: 양상 1 내지 17 중 어느 한 양상의 방법으로서,
(l) 액화 동력 요건에 대한 사전 냉각 동력 요건의 제 1 원하는 비율을 달성하기 위해 (1) 사전 냉각된 탄화수소 온도, (2) 제 1 액화된 탄화수소 온도, 및 (3) 플래시 가스 흐름율을 조정하는 단계로서, 제 1 원하는 비율은 0.45 내지 0.55인, 조정 단계를 더 포함한다.
양상 21: 사전 냉각 서브 시스템의 복수의 열교환부 각각에서 제 1 냉매와의 간접 열교환에 의해 탄화수소 유체를 포함하는 탄화수소 공급 스트림, 제 2 냉매를 포함하는 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하고, 메인 열교환기에서 탄화수소 공급 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 방법으로서, 사전 냉각 서브 시스템은 복수의 열교환부들 및 압축 서브 시스템을 포함하는, 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하고, 메인 열교환기에서 탄화수소 공급 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 방법에 있어서,
(a) 탄화수소 공급 스트림 및 제 2 냉매 공급 스트림을 복수의 열교환부들의 가장 따뜻한 열교환부에 도입하는 단계;
(b) 사전 냉각된 탄화수소 스트림 및 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림을 발생하기 위해 복수의 열교환부들 각각에서 탄화수소 공급 스트림 및 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하는 단계로서, 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림은 적어도 부분적으로 응축되는, 냉각 단계;
(c) 제 1 액화된 탄화수소 스트림 및 냉각된 제 2 냉매 스트림을 발생하기 위해 제 2 냉매에 대해 메인 열교환기에서 사전 냉각된 탄화수소 스트림 및 사전 냉각된 냉매 스트림을 추가로 냉각하고 적어도 부분적으로 액화하는 단계;
(d) 복수의 열교환부들의 가장 차가운 열교환부로부터 저압 제 1 냉매 스트림을 회수하고, 압축 서브 시스템의 적어도 하나의 압축 스테이제에서 저압 제 1 냉매 스트림을 압축하는 단계;
(e) 복수의 열교환부들의 제 1 열교환부(가장 따뜻한 열교환부와 동일하거나 상이할 수 있는)로부터 중간 압력 제 1 냉매 스트림을 회수하는 단계로서, 제 1 열교환부는 가장 차가운 열교환부보다 따뜻한, 회수 단계;
(f) 단계(d) 및 (e)가 수행된 후에, 조합된 제 1 냉매 스트림을 발생하기 위해 저압 제 1 냉매 스트림과 중간 압력 제 1 냉매 스트림을 조합하는 단계;
(g) 압축 시스템으로부터 고-고 압력 제 1 냉매 스트림을 회수하는 단계;
(h) 냉각된 고-고 압력 제 1 냉매 스트림을 발생하기 위해 적어도 하나의 냉각 유닛에서 고-고 압력 제 1 냉매 스트림을 냉각하고 적어도 부분적으로 응축하는 단계;
(i) 제 1 증기 냉매 스트림 및 제 1 액체 냉매 스트림을 발생하기 위해 냉각된 고-고 압력 제 1 냉매 스트림을 제 1 증기-액체 분리 디바이스에 도입하는 단계;
(j) 제 1 액체 냉매 스트림을 복수의 열교환부들의 가장 따뜻한 열교환부에 도입하는 단계;
(k) 제 1 냉각된 액체 냉매 스트림을 발생하기 위해 복수의 열교환부들의 가장 따뜻한 열교환부에서 제 1 액체 냉매 스트림을 냉각하는 단계;
(l) 제 1 팽창된 냉매 스트림을 발생하기 위해 제 1 냉각된 액체 냉매 스트림의 적어도 부분을 팽창하는 단계;
(m) 단계(b)의 냉각의 제 1 부분을 제공하기 위해 냉동 듀티를 제공하기 위해 제 1 팽창된 냉매 스트림을 가장 따뜻한 열교환부에 도입하는 단계;
(n) 적어도 하나의 압축 스테이지에서 단계(i)의 제 1 증기 냉매 스트림의 적어도 부분을 압축하는 단계;
(o) 응축된 제 1 냉매 스트림을 발생하기 위해 적어도 하나의 냉각 유닛에서 압축된 제 1 냉매 스트림을 냉각하고 응축하는 단계로서, 적어도 하나의 냉각 유닛은 단계(n)의 적어도 하나의 압축 스테이지로부터 하류에 있고, 이와 유체 흐름 왕래하는, 냉각 및 응축 단계;
(p) 응축된 제 1 냉매 스트림을 복수의 열교환부들의 가장 따뜻한 열교환부에 도입하는 단계;
(q) 제 1 냉각된 응축된 냉매 스트림을 발생하기 위해 제 1 열교환부 및 가장 차가운 열교환부에서 응축된 제 1 냉매 스트림을 냉각하는 단계;
(r) 제 2 팽창된 냉매 스트림을 발생하기 위해 제 1 냉각된 응축된 냉매 스트림을 팽창하는 단계;
(s) 단계(b)의 냉각의 제 2 부분을 제공하기 위해 냉동 듀티를 제공하기 위해 제 2 팽창된 냉매 스트림을 가장 차가운 열교환부에 도입하는 단계;
(t) 감소된 압력 제 1 액화된 탄화수소 스트림을 형성하기 위해 제 1 액화된 탄화수소 스트림을 팽창하는 단계;
(u) 감소된 압력 제 1 액화된 탄화수소 스트림을 플래시 가스 스트림 및 제 2 액화된 탄화수소 스트림으로 분리하는 단계;
(v) 재순환 스트림을 형성하기 위해 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림에 대한 간접 열교환에 의해 플래시 가스 스트림의 적어도 부분을 워밍하는 단계; 및
(w) 단계(a)를 수행하기 전에 재순환 스트림의 적어도 제 1 부분을 탄화수소 공급 스트림과 조합하는 단계를 포함한다.
양상 22: 양상 21의 방법으로서, 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림은 단계(b) 이후에 완전히 응축된다.
양상 23: 양상 21 또는 22의 방법으로서,
(x) 단계(g) 이전에 압축 시스템으로부터 제 1 중간 냉매 스트림을 회수하는 단계; 및
(y) 냉각된 제 1 중간 냉매 스트림을 발생하기 위해 제 1 중간 냉매 스트림을 적어도 하나의 냉각 유닛에서 냉각하고, 단계(g) 이전에 냉각된 제 1 중간 냉매 스트림을 압축 시스템에 도입하는 단계를 더 포함한다.
양상 24: 양상 21 또는 22의 방법으로서,
(x) 복수의 열교환부들의 가장 따뜻한 열교환부로부터 고압 제 1 냉매 스트림을 회수하는 단계; 및
(y) 단계(g) 이전에 고압 제 1 냉매 스트림을 압축 시스템에 도입하는 단계를 더 포함한다.
양상 25: 양상 23의 방법으로서,
(z) 복수의 열교환부들의 가장 따뜻한 열교환부로부터 고압 제 1 냉매 스트림을 회수하는 단계; 및
(aa) 조합된 제 1 중간 냉매 스트림을 발생하기 위해 고압 제 1 냉매 스트림을 냉각된 제 1 중간 냉매 스트림과 조합하고, 단계(g) 이전에 조합된 제 1 냉매 스트림을 압축 시스템에 도입하는 단계를 더 포함한다.
양상 26: 양상 21 내지 25 중 어느 한 양상의 방법으로서, 단계(n)는
(n) 압축 시스템으로부터 제 2 중간 냉매 스트림을 회수하고, 냉각된 제 2 중간 냉매 스트림을 발생하기 위해 적어도 하나의 냉각 유닛에서 제 2 중간 냉매 스트림을 냉각하는 단계를 더 포함한다.
양상 27: 양상 26의 방법으로서,
(ab) 제 2 증기 냉매 스트림 및 제 2 액체 냉매 스트림을 발생하기 위해 냉각된 제 2 중간 냉매 스트림을 제 2 증기-액체 분리 디바이스에 도입하는 단계.
(ac) 제 2 액체 냉매 스트림을 복수의 열교환부들의 가장 따뜻한 열교환부에 도입하는 단계; 및
(ad) 단계(o)의 압축된 제 1 냉매 스트림을 발생하기 전에 압축 시스템의 적어도 하나의 압축 스테이지에서 제 2 증기 냉매 스트림을 압축하는 단계를 더 포함한다.
양상 28: 양상 21 내지 27 중 어느 한 양상의 방법으로서,
(ae) 단계(v) 이후 및 단계(w) 이전에, 재순환 스트림을 압축 및 냉각하는 단계를 더 포함한다.
양상 29: 양상 21 내지 28 중 어느 한 양상의 방법으로서, 단계(v)는
(v) 재순환 스트림 및 적어도 하나의 냉각된 플래시 워밍 스트림을 형성하기 위해 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림에 대한 간접 열교환에 의해 플래시 가스 스트림을 워밍하는 단계로서, 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림은 사전 냉각 서브 시스템 및 액화 서브 시스템의 그룹으로부터 선택된 것으로부터 회수된 적어도 하나의 스트림을 포함하는, 워밍 단계를 더 포함한다.
양상 30: 양상 21 내지 28 중 어느 한 양상의 방법으로서, 단계(v)는
(v) 재순환 스트림 및 적어도 하나의 냉각된 플래시 워밍 스트림을 형성하기 위해 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림에 대한 간접 열교환에 의해 플래시 가스 스트림을 워밍하는 단계로서, 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림은 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림의 제 1 부분을 포함하고, 적어도 하나의 냉각된 플래시 워밍 스트림은 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림의 냉각된 제 1 부분을 포함하는, 워밍 단계를 더 포함한다.
양상 31: 양상 30의 방법으로서, 제 1 부분은 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림의 20 몰% 미만이다.
양상 32: 양상 30의 방법으로서,
(af) 팽창된 제 2 냉매 스트림을 형성하기 위해 냉각된 제 2 냉매 스트림을 팽창하는 단계;
(ag) 단계(c) 동안 냉동 듀티를 제공하기 위해 팽창된 제 2 냉매 스트림을 메인 열교환기에 도입하는 단계; 및
(ah) 단계(af)를 수행하기 전에 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림의 냉각된 제 1 부분을 냉각된 제 2 냉매 스트림과 조합하는 단계를 더 포함한다.
양상 33: 양상 21 내지 31 중 어느 한 양상의 방법으로서, 단계(v)는
(v) 재순환 스트림 및 적어도 하나의 냉각된 플래시 워밍 스트림을 형성하기 위해 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림에 대한 간접 열교환에 의해 플래시 가스 스트림을 워밍하는 단계로서, 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림은 응축된 제 1 냉매 스트림의 제 1 부분을 포함하고, 적어도 하나의 냉각된 플래시 워밍 스트림은 응축된 냉매 스트림의 냉각된 제 1 부분을 포함하는, 워밍 단계를 더 포함한다.
양상 34: 양상 33의 방법으로서,
(ai) 단계(r)를 수행하기 전에 응축된 냉매 스트림의 냉각된 제 1 부분을 제 1 냉각된 응축된 냉매 스트림과 조합하는 단계를 더 포함한다.
예시적인 실시예들은 이후에 첨부 도면들과 연계하여 기재될 것이고, 여기서 유사한 도면 부호는 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 종래 기술에 따른 DMR 시스템의 개략적인 흐름도.
도 2는 제 1 예시적인 실시예에 따른 DMR 시스템의 사전 냉각 시스템의 개략적인 흐름도.
도 3은 제 2 예시적인 실시예에 따른 DMR 시스템의 사전 냉각 시스템의 개략적인 흐름도.
도 4는 제 3 예시적인 실시예에 따른 DMR 시스템의 사전 냉각 시스템의 개략적인 흐름도.
도 5는 제 4 예시적인 실시예에 따른 DMR 시스템의 사전 냉각 시스템의 개략적인 흐름도.
도 6은 제 5 예시적인 실시예에 따른 DMR 시스템의 사전 냉각 시스템의 개략적인 흐름도.
이하의 상세한 설명은 단지 바람직한 예시적인 실시예를 제공하고, 청구 범위를 제한하려고 의도되지 않는다. 오히려, 바람직한 예시적인 실시예들의 후속하는 상세한 설명은 바람직한 예시적인 실시예를 구현하기 위한 가능한 설명을 당업자에게 제공할 것이다. 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않으면서 요소들의 기능 및 배열에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
도면들과 관련하여 본 명세서에 도입된 참조 번호는 다른 특징들에 대한 문맥을 제공하기 위해 본 명세서에서 추가적인 설명 없이 하나 이상의 후속하는 도면들에서 반복될 수 있다. 도면들에서, 다른 실시예들의 요소들과 유사한 요소들은 100의 값만큼 증가된 참조 부호들로 표시된다. 예를 들어, 도 2의 실시예와 관련된 플래시 드럼(207)은 도 3의 실시예와 관련된 플래시 드럼(307)에 대응한다. 이러한 요소는 본원에서 달리 기술되거나 묘사되지 않는 한 동일한 기능 및 특징을 갖는 것으로 간주되어야 하며, 그러므로, 그러한 요소에 대한 논의는 다수의 실시예에 대해 반복되지 않을 수 있다.
본 명세서 및 청구항에서 사용된 용어 "유체 흐름 왕래"는 액체, 증기 및/또는 2상 혼합물이 제어된 방식으로(누출 없이) 구성 요소들 사이에서 직접 또는 간접적으로 운송되도록 하는 2개 이상의 구성 요소들 사이의 연결 특성을 언급한다. 2개 이상의 구성 요소들이 서로 유체 흐름 왕래하도록 결합시키는 것은 용접, 플랜지 도관, 개스킷 및 볼트의 사용과 같은 당 업계에 공지된 임의의 적합한 방법을 수반할 수 있다. 2개 이상의 구성 요소는 또한 이들을 분리할 수 있는 시스템의 다른 구성 요소, 예를 들어, 밸브, 게이트, 또는 유체 흐름을 선택적으로 제약하거나 향하게 할 수 있는 다른 디바이스를 통해 함께 결합될 수 있다.
본 명세서 및 청구항에서 사용된 용어 "도관"은, 유체가 시스템의 2개 이상의 구성 요소 사이에서 운송될 수 있는 하나 이상의 구조를 나타낸다. 예를 들어, 도관은 액체, 증기 및/또는 가스를 운송하는 파이프, 덕트, 통로 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서 및 청구항에서 사용된 용어 "천연 가스"는 주로 메탄으로 이루어진 탄화수소 가스 혼합물을 의미한다.
본 명세서 및 청구항에서 사용되는 용어 "탄화수소 가스" 또는 "탄화수소 유체"는 적어도 하나의 탄화수소를 포함하는 가스/유체를 의미하고, 이에 대해 탄화수소는 가스/유체의 전체 조성의 적어도 80%, 보다 바람직하게는 적어도 90%을 포함한다.
본 명세서 및 청구항에서 사용된 용어 "혼합 냉매"(MR)는 적어도 2개의 탄화수소를 포함하는 유체를 의미하고, 이에 대해 탄화수소는 냉매의 전체 조성 중 80%를 포함한다.
본 명세서 및 청구항에서 사용되는 용어 "중질 탄화수소"는 적어도 에탄만큼 무거운 분자량을 갖는 탄화수소를 의미한다.
용어 "다발(bundle)" 및 "튜브 다블"은 본 출원 내에서 상호 교환적으로 사용되며 동의어인 것으로 의도된다.
본 명세서 및 청구항에서 사용되는 용어 "주변 유체"는 주변 압력 및 온도 또는 그 부근에서 시스템에 제공되는 유체를 의미한다.
청구항에서, 청구된 방법 단계{예를 들어, (a), (b) 및 (aa)}를 식별하기 위해 문자가 사용될 수 있다. 이 문자는 방법 단계를 나타내는데 도움이 되며, 청구된 단계가 수행되는 순서를 나타내려는 의도는 아니지만, 그러한 순서가 청구항에 구체적으로 언급된 정도로만 의도된다.
방향 용어(예를 들어, 상부, 하부, 좌측, 우측 등)는 본 명세서 및 청구항에 사용될 수 있다. 이들 방향성 용어는 단지 예시적인 실시예를 설명하는데 도움이 되도록 의도된 것이며, 그 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "상류"는 기준점으로부터 도관 내의 유체의 흐름 방향과 반대 방향을 의미하도록 의도된다. 유사하게, "하류"라는 용어는 기준점으로부터 도관 내의 유체의 흐름 방향과 동일한 방향을 의미하도록 의도된다.
본 명세서 및 청구항에서 사용된 바와 같이, "고-고", "고", "중간", "저"및 "저-저"라는 용어는 이 용어들이 사용되는 요소들의 특성에 대한 상대 값을 표현하도록 의도된다. 예를 들어, 고-고 압력 스트림은 본원에 기술되거나 청구된 대응하는 고압 스트림 또는 중간 압력 스트림 또는 저압 스트림보다 높은 압력을 갖는 스트림을 나타내도록 의도된다. 유사하게, 고압 스트림은 본 명세서 또는 청구항에 기재된 대응하는 중간 압력 스트림 또는 저압 스트림보다 더 높지만 본원에 기술되거나 청구된 대응하는 고-고 압력 스트림보다 낮은 압력을 갖는 스트림을 나타내는 것으로 의도된다. 유사하게, 중간 압력 스트림은 본 명세서 또는 청구항에 기재된 대응하는 저압 스트림보다 더 높지만, 본원에 기재되거나 청구된 대응하는 고압 스트림보다 낮은 압력을 갖는 스트림을 나타내는 것으로 의도된다.
본 명세서에서 달리 언급하지 않는 한, 본 명세서, 도면 및 청구항에서 식별된 임의의 및 모든 퍼센트는 몰 퍼센트 기준으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 달리 언급하지 않는 한, 본 명세서, 도면 및 청구항에서 식별된 모든 압력은 게이지 압력을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "극저온 물질(cryogen)" 또는 "극저온 유체 (cryogenic fluid)"는 섭씨 -70도 미만의 온도를 갖는 액체, 가스 또는 혼합 상 유체를 의미하는 것으로 의도된다. 극저온의 예는 액체 질소(LIN), 액화 천연 가스(LNG), 액체 헬륨, 액체 이산화탄소 및 가압된 혼합된 상 극저온 물질(예를 들어, LIN과 기체 질소의 혼합물)을 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "극저온 온도"는 섭씨 -70도 아래의 온도를 의미하도록 의도된다.
본 명세서 및 청구항에서 사용된 바와 같이, 용어 "열교환부"는 웜 단부(warm end) 및 냉온 단부(cold end)를 갖는 것으로 정의되며; 별도의 냉온 냉매 스트림(주변이 아닌)은 열교환부의 냉온 단부에 도입되고, 따뜻한 제 1 냉매 스트림은 열교환부의 고온 단부로부터 회수된다. 다수의 열교환 부는 선택적으로 단일 또는 다수의 열교환기 내에 포함될 수 있다. 쉘 및 튜브 열교환기 또는 코일 권취 열교환기의 경우, 다수의 열교환부는 단일 쉘 내에 포함될 수 있다.
본 명세서 및 청구항에서 사용된 바와 같이, 열교환부의 "온도"는 열교환부로부터의 탄화수소 스트림의 출구 온도에 의해 정의된다. 예를 들어, 열교환부와 관련하여 사용될 때 "가장 따뜻한", "따뜻한", "가장 차가운" 및 "차가운"이라는 용어는 다른 열교환부들의 탄화수소 스트림의 출구 온도에 대해 그러한 열교환부로부터의 탄화수소 스트림의 출구 온도를 나타낸다. 예를 들어, 가장 따뜻한 열교환부는 임의의 다른 열교환부에서 탄화수소 스트림 출구 온도보다 더 높은 탄화수소 스트림 출구 온도를 갖는 열교환부를 나타내도록 의도된다.
본 명세서 및 청구항에서 사용된 바와 같이, 용어 "압축 시스템"은 하나 이상의 압축 스테이지로서 정의된다. 예를 들어, 압축 시스템은 단일 압축기 내의 다수의 압축 스테이지를 포함할 수 있다. 대안적인 예에서, 압축 시스템은 다수의 압축기를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 달리 언급하지 않는 한, 한 장소에서 스트림을 도입하는 것은 그 장소에서 실질적으로 모든 상기 스트림을 도입하는 것을 의미하도록 의도된다. 본 명세서에서 논의되고 도면들에 도시된 모든 스트림(통상적으로 정상 동작 중에 유체 흐름의 전체 방향을 도시하는 화살표로 라인으로 표시됨)은 대응하는 도관 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 각 도관은 적어도 하나의 입구 및 적어도 하나의 출구를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 추가로, 기기의 각각의 부품은 적어도 하나의 입구 및 적어도 하나의 출구를 갖는 것으로 이해되어야 한다.
표 1은 기재된 실시예를 이해할 수 있도록 하기 위해 본 명세서 및 도면 전체에 걸쳐 사용된 두문자어의 리스트를 정의한다.
Figure 112018095382415-pat00001
압축된 혼합 냉매 스트림을 냉각시키고 냉각된 압축된 혼합 냉매 스트림을 증기 및 액체 부분으로 분리하는 것을 포함하는 다수의 압력 레벨을 갖는 혼합 냉매 사전 냉각 시스템을 갖는 천연 가스 액화 공정의 용량 및 효율을 증가시키기 위한 시스템 및 방법이 본 명세서에 기재된다. 액체 부분은 제 1 사전 냉각 열교환기에 냉동 듀티를 제공한다. 증기 부분은 추가로 압축되고, 냉각되고, 응축되고, 제 2 사전 냉각 열교환기에 냉동 듀티를 제공하는데 사용된다. 추가로, 시스템 및 방법은 LNG 스트림을 발생하기 위해 사전 냉각된 천연 가스를 액화하는 단계와, 플래시 가스 스트림을 발생하기 위해 LNG 스트림의 압력을 낮추는 단계와, 플래시 가스 스트림의 적어도 일부를 제 1 사전 냉각 열교환기의 흡입으로 재순환하는 단계를 포함한다.
도 2는 제 1 예시적인 실시예를 도시한다. 간략화를 위해, 도 2 및 후속하는 도면에서, 단지 사전 냉각 시스템(234)만이 구체적으로 도시되고, 액화 시스템은 간략화된 방식으로 도시된다. 도 1의 액화 시스템(165)의 세부 사항은 후속 도면에 적용가능하다.
저압 WMR 스트림(210)(제 2 증발 제 1 냉매 스트림으로도 또한 지칭됨)은 제 2 사전 냉각 열교환기(262)의 쉘 측의 웜 단부로부터 회수되고, WMR 압축기(212)의 제 1 압축 스테이지(212A)에서 압축된다. 중간 압력 WMR 스트림(218)(제 1 증발된 제 1 냉매 스트림으로도 또한 지칭됨)은 제 1 사전 냉각 열교환기(260)의 쉘 측의 웜 단부로부터 회수되고, 측면 스트림으로서 WMR 압축기(212)에 도입되고, 여기서 이것은 제 1 압축 스테이지(212A)로부터 압축 된 스트림(미도시)과 혼합된다. 추가로, 제 1 압축 스테이지(212A)로부터의 압축된 스트림은 중간 압력 WMR 스트림(218)과 혼합되기 전에 주변 온도에 대해 냉각될 수 있다. 혼합된 스트림(미도시)은 WMR 압축기(212)의 제 2 WMR 압축 스테이지(212B)에서 압축되어, 고-고 압력 WMR 스트림(270)을 발생한다. 저압 WMR 스트림(210) 및 중간 압력 WMR 스트림(218)에 존재하는 임의의 액체는 WMR 압축기(212)에 도입되기 전에 증기-액체 분리 디바이스(미도시)에서 제거된다.
고-고 압력 WMR 스트림(270)은 5 bara 내지 40 bara, 바람직하게는 15 bara 내지 30 bara의 압력일 수 있다. 고-고 압력 WMR 스트림(270)은 WMR 압축기(212)로부터 회수되고, 고-고 압력 WMR 인터쿨러(271)에서 냉각되고, 부분적으로 응축되어, 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(272)을 발생한다. 고-고 압력 WMR 인터쿨러(271)는 공기 또는 물을 사용하는 주변 냉각기와 같은 임의의 적합한 유형의 냉각 유닛일 수 있고, 하나 이상의 열교환기를 포함할 수 있다. 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(272)은 0.2 내지 0.8, 바람직하게는 0.3 내지 0.7, 및 보다 바람직하게는 0.4 내지 0.6의 증기 분율을 가질 수 있다. 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(272)은 제 1 WMRV 스트림(274) 및 제 1 WMRL 스트림(275)을 발생하기 위해 제 1 WMR 증기-액체 분리 디바이스(273)에서 상 분리된다.
제 1 WMRL 스트림(275)은 75% 미만의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 바람직하게는 70% 미만의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 보다 바람직하게는 60% 미만의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소를 함유한다. 제 1 WMRV 스트림(274)은 40% 초과의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 바람직하게는 50% 초과의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 보다 바람직하게는 60% 초과의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소를 함유한다. 제 1 WMR 스트림(275)은 제 1 사전 냉각 열교환기(260)에 냉동 듀티를 제공하는 제 1 팽창된 WMR 스트림(228)을 발생하기 위해 제 1 WMR 팽창 디바이스(226)(또한 압력 하락 디바이스로 지칭됨)에서 팽창되는 제 1 추가 냉각된 WMR 스트림(236)(또한 냉각된 액체 냉매 스트림으로 지칭됨)을 발생하기 위해 튜브 회로에서 냉각될 제 1 사전 냉각 열교환기(260)에 도입된다. 적합한 팽창 디바이스의 예들은 주울-톰슨(J-T) 밸브 및 터빈을 포함한다.
제 1 WMRV 스트림(274)은 압축된 WMR 스트림(214)을 발생하기 위해 WMR 압축기(212)의 제 3 WMR 압축 스테이지(212C)에서 압축될 WMR 압축기(212)에 도입된다. 압축된 WMR 스트림(214)은 냉각되고 바람직하게 WMR 애프터쿨러(215)에서 응축되어, 제 1 사전 냉각된 WMR 스트림(217)을 발생하기 위해 튜브 회로에서 추가로 냉각될 제 1 사전 냉각 열교환기(260)에 도입되는 제 1 냉각된 압축된 WMR 스트림(216)(또한 압축된 제 1 냉매 스트림 또는 제 2 입구 스트림으로도 지칭됨)을 발생한다. 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(216)의 몰 조성은 제 1 WMRV 스트림(274)의 몰 조성과 동일하다. 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(216)의 부분은 제 2 WMR 팽창 디바이스(230) 또는 제 1 WMR 팽창 디바이스(226) 또는 임의의 다른 적합한 장소에서의 팽창으로부터 상류에서 사전 냉각 스트림(234)으로 복귀될 수 있는 WMR 스트림(216b)의 냉각된 부분을 발생하기 위해 플래시 가스 팽창기(284)에서 냉각된 WMR 스트림(216a)(또한 플래시 워밍 스트림으로 지칭됨)의 부분으로서 사전 냉각 시스템(234)으로부터 제거될 수 있다. WMR 스트림(216a)의 부분은 바람직하게는 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(216)의 약 20 몰% 미만, 바람직하게는 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(216)의 2 몰% 내지 10 몰%이다.
제 1 사전 냉각된 WMR 스트림(217)은 제 2 추가 냉각된 WMR 스트림(237)을 발생하기 위해 튜브 회로에서 추가로 냉각될 제 2 사전 냉각 열교환기(262)에 도입된다. 제 2의 추가 냉각된 WMR 스트림(237)은 냉동 듀티를 제공하기 위해 제 2 사전 냉각 열교환기(262)의 쉘 측에 도입되는 제 2 팽창된 WMR 스트림(232)을 발생하기 위해 제 2 WMR 팽창 디바이스(230)(또한 압력 하락 디바이스로 지칭됨)에서 팽창된다.
제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(216)은 완전히 응축되거나 부분적으로 응축될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(216)은 완전히 응축된다. 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(272)은 에탄보다 가벼운 성분의 20% 미만, 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 10% 미만, 보다 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 5% 미만을 포함할 수 있으며, "사전 냉각 냉매 조성"으로 지칭된다. 그러므로, 매우 높은 압력으로 압축할 필요 없이 완전히 응축된 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(216)을 발생하기 위해 압축된 WMR 스트림(214)을 완전히 응축시키는 것이 가능하다. 압축된 WMR 스트림(214)은 300 psia(21 bara) 내지 600 psia(41 bara), 및 바람직하게는 400 psia(28 bara) 내지 500 psia(35 bara)의 압력에 있을 수 있다. 제 2 사전 냉각 열교환기(262)가 천연 가스를 완전히 액화시키는데 사용되는 액화 열교환기인 경우, 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(272)은 질소 및 메탄의 보다 높은 농도를 가지므로, 압축된 WMR 스트림(214)의 압력은 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(216)이 완전히 응축되도록 하기 위해 더 높아야 한다. 이것이 달성될 수 없기 때문에, 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(216)은 완전히 응축되지 않으며, 별도로 액화될 필요가 있을 수 있는 상당한 증기 농도를 함유 한다.
사전 처리된 공급 스트림(202)(탄화수소 공급 스트림으로서의 청구항에 지칭됨)은 재순환 스트림(289)과 혼합되어, 제 1 사전 냉각 열교환기(260)에서 냉각되는 혼합된 공급 스트림(201)을 발생하여, 제 1 사전 냉각된 천연 가스 스트림(204)을 20℃ 미만, 바람직하게는 약 10℃ 미만, 보다 바람직하게는 섭씨 0℃ 미만의 온도에서 발생한다. 종래 기술에 알려진 바와 같이, 공급 스트림(202)은 바람직하게는 수분 및 산 가스, 수은 및 다른 오염물과 같은 다른 불순물을 제거하기 위해 전처리되었다. 제 1 사전 냉각된 천연 가스 스트림(204)은 제 2 사전 냉각 열교환기(262)에서 냉각되어, 주변 온도, 천연 가스 공급 조성 및 압력에 따라 10℃ 미만, 바람직하게는 약 0℃ 미만, 보다 바람직하게는 약 -30℃ 미만의 온도에서 제 2 사전 냉각 천연 가스 스트림(206)을 발생한다. 제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(206)은 부분적으로 응축될 수 있다.
압축된 냉각된 CMR 스트림(244)(또한 제 2 냉매 공급 스트림으로 지칭됨)은 제 1 사전 냉각 열교환기(260)에서 냉각되어 제 1 사전 냉각된 CMR 스트림(246)을 발생한다. 압축된 냉각된 CMR 스트림(244)은 에탄보다 가벼운 성분의 20% 초과, 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 30% 초과, 보다 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 40% 초과를 함유하고, "액화 냉매 조성"으로 지칭된다. 제 1 사전 냉각된 CMR 스트림(246)은 제 2 사전 냉각 열교환기(262)에서 냉각되어, 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(248)(또한 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림으로도 지칭됨)을 발생한다.
제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(206) 및 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(248)은 액화 시스템으로 보내진다. 제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림은 약 -160℃ 내지 약 -70℃의 온도, 바람직하게는 약 섭씨 -150℃ 내지 섭씨 -100℃의 온도에서 제 1 LNG 스트림(208)(청구항에서 액화된 탄화수소 스트림으로 지칭됨)을 발생하기 위해 액화되고 선택적으로 MCHE(264)에서 과냉된다. 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(248)은 MCHE(264)에서 바람직하게 완전히 응축되고 과냉되어, 요구된 냉매를 제공하기 위해 MCHE(264)의 쉘 측으로 다시 보내지는 팽창된 CMRL 스트림(254)을 발생하기 위해 CMRL 팽창 디바이스(253) 양단의 압력에서 하락하는 냉온 CMR 스트림을 초래한다. MCHE(264)는 단일 다발 교환기로 도시되어 있지만, 다수의 다발 또는 교환기가 사용될 수 있다. 추가로, 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(248)은 2 상일 수 있으며, 이를 증기 및 액체 상으로 분리하고, 도 1에 도시된 바와 같이 MCHE 및 별도의 팽창 디바이스에서 별도의 냉각 회로를 이용하는 것이 유리할 수 있다.
따뜻한 저압 CMR 스트림(240)은 임의의 액체를 분리하기 위해 흡입 드럼(미도시)을 통해 보내지는 MCHE(264)의 쉘 측의 웜 단부로부터 회수되고, 증기 스트림은 CMR 압축기(241)에서 압축되어, 압축된 CMR 스트림(242)을 발생한다. 따뜻한 저압 CMR 스트림(220)은 전형적으로 WMR 사전 냉각 온도에 또는 그 부근의 온도, 바람직하게는 약 -30℃ 미만 및 10 bara(145 psia) 미만의 압력에서 회수된다. 압축된 CMR 스트림(242)은 CMR 애프터쿨러(243)에서 전형적으로 주변에 대해 냉각되어 압축된 냉각된 CMR 스트림(244)을 발생한다. 추가적인 상 분리기, 압축기 및 애프터쿨러가 존재할 수 있다. 그런 후에, 압축된 냉각된 CMR 스트림(244)은 제 1 사전 냉각 열교환기(260)에 도입된다.
제 1 LNG 스트림(208)은 플래시 가스 스트림(209) 및 제 2 LNG 스트림(205)을 발생하기 위해 플래시 드럼(207)으로 보내지는 감소된 압력 LNG 스트림(203)을 발생하기 위해 LNG 압력 하락 디바이스(211)를 통해 통과함으로써 압력에서 하락될 수 있다. 감소된 LNG 스트림(203)의 압력은 약 20 bara 미만, 바람직하게는 약 10 bara 미만, 보다 바람직하게는 약 5 bara 미만일 수 있다. 제 1 LNG 스트림의 온도 및 감소된 LNG 스트림(203)의 압력에 따라, 플래시 가스 스트림(209)의 유량은 변화될 수 있다. 전형적으로, 더 차가운 제 1 LNG 스트림 및/또는 보다 높은 압력의 감소된 LNG 스트림(203)은 플래시 가스 스트림(209)의 유량을 낮추게 할 것이다. 플래시 가스 스트림(209)의 유량은 감소된 LNG 스트림(203)의 유량의 약 30% 미만, 바람직하게는 감소된 LNG 스트림(203)의 유량의 약 20% 미만일 수 있다. 제 2 LNG 스트림(205)은 저장 압력으로 하락될 수 있고 LNG 저장 탱크(미도시)로 보내진다. 플래시 가스 스트림(209)은 또한 저장 탱크에서 발생된 임의의 증발 가스(BOG)를 포함할 수 있다. 플래시 가스 스트림(209)은 플래시 가스 교환기(284)에서 따뜻하게 되어 따뜻해진 플래시 가스 스트림(285)을 발생할 수 있다. 따뜻해진 플래시 가스 스트림(285)은 플래시 가스 압축기(286)에서 압축되어, 플래시 가스 냉각기(288)에서 냉각되는 압축된 플래시 가스 스트림(287)을 발생하여, 재순환 스트림(289), 및 선택적으로 설비에서 연료로서 사용될 연료 가스 스트림(289a)을 발생한다. 플래시 가스 압축기(286)는 바람직하게는 전기 모터와 같은 별도의 전용 구동기(239)에 의해 구동된다. 연료 가스 스트림(289a)의 유량은 플래시 가스 스트림(209)의 유량의 약 30% 미만, 바람직하게는 플래시 가스 스트림(209)의 유량의 약 20% 미만일 수 있다. 재순환 스트림(289)은 재순환 스트림 혼합점(245)에서 전처리된 공급 스트림(202)과 혼합된다. 대안적인 실시예에서, 재순환 스트림(289)은 전처리된 공급 스트림(202)과 혼합되지 않을 수 있고, 사전 냉각 및 액화 시스템에서 별도의 전용 회로를 통해 사전 냉각 및 액화될 수 있다.
CMR 스트림(248a)의 부분은 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(248)과 같은 임의의 장소에서 액화 시스(265)으로부터 제거될 수 있다. CMR 스트림(248a)(또한 플래시 워밍 스트림으로도 지칭됨)의 부분은 바람직하게는 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(248)의 약 20 몰% 미만, 바람직하게는 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(248)의 5 몰% 내지 15 몰%이다. CMR 스트림(248a)의 부분은 플래시 가스 스트림(209)에 대해 냉각될 수 있어서 CMRL 팽창 디바이스(253)의 상류와 같은 적절한 장소에서 액화 시스템(265)으로 복귀할 수 있는 CMR 스트림(248b)(냉각된 플래시 워밍 스트림으로 지칭됨)의 냉각된 부분을 포함한다. WMR 스트림(216a)의 부분은 또한 플래시 가스 스트림(209)에 대해 냉각되어 WMR 스트림(216b)(또한 냉각된 플래시 워밍 스트림으로도 지칭됨)의 부분을 발생한다.
도 2가 2개의 사전 냉각 열교환기 및 사전 냉각 회로 내의 2개의 압력 레벨을 도시하지만, 임의의 수의 사전 냉각 열교환기 및 압력 레벨이 이용될 수 있다. 사전 냉각 열교환기는 도 2에서 코일 권취 열교환기로 도시되어 있다. 그러나, 이들은 플레이트 및 핀 열교환기, 쉘 및 튜브 열교환기, 또는 천연 가스를 사전 냉각하기에 적합한 다른 열교환기일 수 있다. 추가로, 열교환기는 첨가제 제조 및 3차원 인쇄를 포함하는 임의의 방법으로 제조될 수 있다.
도 2의 2개의 사전 냉각 열교환기(260, 262)는 단일 열교환기 내의 2개의 열교환부일 수 있다. 대안적으로, 2개의 사전 냉각 열교환기는 각각 하나 이상의 열교환부를 갖는 2개의 열교환기일 수 있다.
선택적으로, 제 1 사전 냉각된 WMR 스트림(217)의 부분은 보충 냉매를 제 1 사전 냉각 열교환기(260)에 제공하기 위해{점선(217a)으로 도시됨} 제 1 WMR 팽창 디바이스(226)에서의 팽창 이전에 제 1 추가 냉각된 WMR 스트림(236)과 혼합될 수 있다.
도 2가 3개의 압축 스테이지를 도시하지만, 임의의 수의 압축 스테이지는 수행될 수 있다. 추가로, 압축 스테이지(212A, 212B 및 212C)는 단일 압축기 본체의 일부이거나, 다수의 개별 압축기일 수 있다. 추가적으로, 중간 냉각 열교환기는 스테이지들 사이에 제공될 수 있다. WMR 압축기(212), CMR 압축기(241) 및/또는 플래시 가스 압축기(286)는 원심력, 축 방향, 양의 변위, 또는 임의의 다른 압축기 유형과 같은 임의의 유형의 압축기일 수 있으며, 선택적인 내부 냉각을 갖는 임의의 수의 스테이지들을 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 실시예에서, 가장 따뜻한 열교환부는 제 1 사전 냉각 열교환 기(260)이고 가장 차가운 열교환부는 제 2 사전 냉각 열교환기(262)이다.
바람직한 실시예에서, 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(248)은 완전히 응축될 수 있어, 도 1의 CMR 상 분리기(150)뿐 아니라 도 1의 CMRV 팽창 디바이스(155)에 대한 필요성을 제거한다. 이 실시예에서, 도 1의 메인 극저온 열교환기(164)는 2개의 따뜻한 공급 스트림, 즉 제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(206) 및 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(248)을 갖는 단일 다발 열교환기일 수 있다.
도 2에 도시된 장치(arrangement)의 이점은, WMR 냉매 스트림이 2개의 부분, 즉 중질 탄화수소를 갖는 제 1 WMRL 스트림(275) 및 더 가벼운 성분을 갖는 제 1 WMRV 스트림(274)으로 분할된다는 것이다. 제 1 사전 냉각 열교환기(260)는 제 1 WMRL 스트림(275)을 사용하여 냉각되고, 제 2 사전 냉각 열교환기(262)는 제 1 WMRV 스트림(274)을 사용하여 냉각된다. 제 1 사전 냉각 열교환기(260)가 제 2 사전 냉각 열교환기(262)보다 더 따뜻한 온도로 냉각하기 때문에, WMR 내의 더 무거운 탄화수소는 제 1 사전 냉각 열교환기(260)에서 요구되는 반면, WMR 내의보다 가벼운 탄화수소는 제 2 사전 냉각 열교환기(262)에서 더 깊은 냉각을 제공하도록 요구된다. 그러므로, 도 2에 도시된 장치는 향상된 프로세스 효율을 가져오고, 그러므로 동일한 양의 사전 냉각 듀티에 대해 필요한 사전 냉각 동력을 낮춘다. 고정된 사전 냉각 동력 및 공급 유량에서, 더 차가운 사전 냉각 온도를 가능하게 한다. 이러한 장치는 또한 냉매 부하를 액화 시스템으로부터 사전 냉각 시스템으로 시프트(shift)하는 것을 가능하게 하여, 액화 시스템에서의 동력 요구를 감소시키고 MCHE의 크기를 감소시킨다. 추가로, WMR 압축기(212)의 다양한 압축 스테이지들에서의 WMR 조성 및 압력은 최적화할 수 있어, 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(272)에서 최적의 증기 분율을 초래하여, 공정 효율을 더 향상시킬 수 있다. 바람직한 실시예에서, WMR 압축기(212)(212A, 212B 및 212C)의 3개의 압축 스테이지는 단일 압축기 본체에서 수행되어, 그에 따라 자본 비용을 최소화한다.
도 2의 장치는 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(216)보다 몰 기준으로 더 높은 백분율의 중질 탄화수소를 갖는 제 1 WMRL 스트림(275)(또한 제 1 입구 스트림으로 지칭됨)의 조성을 초래한다. 더욱이, 제 1 WMRL 스트림(275)의 압력은 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(216)의 압력보다 낮다. 바람직하게, 제 WMRL 스트림(275)의 압력은 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(216)의 압력보다 적어도 5 bara 낮고, 바람직하게는 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(216)의 압력보다 10 bara 낮다. 유사하게, 도 2의 장치는 또한 중간 압력 WMR 스트림(218)의 압력보다 낮은 저압 WMR 스트림(210)의 압력을 초래한다. 바람직하게, 저압 WMR 스트림(210)의 압력은 중간 압력 WMR 스트림(218)의 압력보다 적어도 2 bara 낮다.
추가적으로, 도 2에 도시된 실시예는, 제 1 LNG 스트림(208)의 온도가 동일한 LNG 생성물 온도{즉, 제 2 LNG 스트림(205)의 온도}에 대한 종래 기술보다 따뜻해지도록 한다. 이것은 종래 기술의 시스템보다 많은 양의 플래시 가스가 발생되기 때문이다. 액화 및 과냉 듀티는 감소되어, 설비에 대한 전체 동-전력 요구량을 낮춘다. 그러므로, 실시예는 사전 냉각 및 액화 시스템에 대한 동력 요건의 균형을 맞출 수 있고, 바람직한 실시예에서, 사전 냉각 및 액화 시스템간에 50-50의 동력 분할을 초래한다.
추가로, 도 2의 실시예는 설비 내에서 공급 가스가 번지는 것을 최소화하므로, 플레어 손실로 인한 공급 가스의 양을 낮춘다. 이것은 전체 공장 효율을 증가시키고, 시설을 보다 환경 친화적으로 만들고, 이것은 종래 기술의 프로세스보다 중요한 개선이다.
도 3은 제 2 예시적인 실시예를 도시한다. 저압 WMR 스트림(310)은 저압 WMR 압축기(312)에서 압축되어 제 1 고압 WMR 스트림(313)을 발생한다. 중간 압력 WMR 스트림(318)은 중간 압력 WMR 압축기(321)에서 압축되어 제 2 고압 WMR 스트림(323)을 발생한다. 제 1 고압 WMR 스트림(313) 및 제 2 고압 WMR 스트림(323)은 5 bara 내지 25 bara, 바람직하게는 10 bara 내지 20 bara의 압력에서 고-고 압력 WMR 스트림(370)을 발생하도록 혼합된다. 고-고 압력 WMR 스트림(370)은 고-고 압력 WMR 인터쿨러(371)에서 냉각되어 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(372)을 발생한다. 고-고 압력 WMR 인터쿨러(371)는 공기 또는 물에 대해 냉각하는 주변 냉각기일 수 있고, 다수의 열교환기를 포함할 수 있다. 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(372)은 0.3 내지 0.9, 바람직하게는 0.4 내지 0.8, 보다 바람직하게는 0.45 내지 0.6의 증기 분율을 가질 수 있다. 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(372)은 에탄보다 가벼운 성분의 20% 미만, 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 10% 미만, 보다 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 5% 미만을 포함할 수 있으며, "사전 냉각 냉매 조성"으로서 지칭된다. 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(372)은 제 1 WMR 증기-액체 분리 디바이스(373)에서 상 분리되어 제 1 WMRV 스트림(374) 및 제 1 WMRL 스트림(375)을 발생한다. 제 1 WMRL 스트림(375)은 75% 미만의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 바람직하게는 70% 미만의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 보다 바람직하게는 60% 미만의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소를 포함한다. 제 1 WMRV 스트림(374)은 40% 초과의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 바람직하게는 50% 초과의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 보다 바람직하게는 60% 초과의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소를 함유한다. 제 1 WMR 스트림(375)은 제 1 추가 냉각된 WMR 스트림(336)을 발생하도록 냉각될 제 1 사전 냉각 열교환기에 도입된다. 제 1 추가 냉각된 WMR 스트림(336)은 제 1 WMR 팽창 디바이스(326)에서 팽창되어 제 1 사전 냉각 열교환기(360)에 냉동 듀티를 제공하는 제 1 팽창된 WMR 스트림(328)을 발생한다.
제 1 WMRV 스트림(374)은 고압 WMR 압축기(376)에서 압축되어 압축 WMR 스트림(314)을 발생한다. 압축 WMR 스트림(314)은 WMR 애프터쿨러(315)에서 냉각되고 바람직하게 응축되어 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(316)을 발생한다. 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(316)의 몰 조성은 제 1 WMRV 스트림(374)의 몰 조성과 동일하다. 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(316)의 부분은 플래시 가스 교환기(384)에서 냉각된 WMR 스트림(316a)의 부분으로서 사전 냉각 시스템(334)으로부터 제거될 수 있어, 제 2 WMR 팽창 디바이스(330) 또는 제 1 WMR 팽창 디바이스(326) 또는 임의의 다른 적합한 장소에서의 팽창 이전에 사전 냉각 시스템(334)으로 복귀될 수 있는 WMR 스트림(316b)의 냉각된 부분을 발생한다. 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(316)의 나머지는 튜브 회로에서 추가로 냉각될 제 1 사전 냉각 열교환기(360)에 도입되어 제 1 사전 냉각된 WMR 스트림(317)을 발생한다. 제 1 사전 냉각된 WMR 스트림(317)은 추가로 냉각될 제 2 사전 냉각 열교환기(362)에 도입되어 제 2 추가 냉각된 WMR 스트림(337)을 발생한다. 제 2 추가 냉각된 WMR 스트림(337)은 제 2 WMR 팽창 디바이스(330)에서 팽창되어, 냉동 듀티를 제공하기 위해 제 2 사전 냉각 열교환기(362)의 쉘 측에 도입되는 제 2 팽창된 WMR 스트림(332)을 발생한다.
저압 WMR 압축기(312), 중간 압력 WMR 압축기(321) 및 고압 WMR 압축기(376)는 선택적인 중간 냉각 열교환기를 갖는 다수의 압축 스테이지들을 포함할 수 있다. 고압 WMR 압축기(376)는 저압 WMR 압축기(312) 또는 중간 압력 WMR 압축기(321)와 동일한 압축기 본체의 일부일 수 있다. 압축기는 원심력, 축 방향, 양의 변위 또는 임의의 다른 압축기 유형일 수 있다. 추가로, 고-고 압력 WMR 인터쿨러(371)에서의 고-고 압력 WMR 스트림(370)을 냉각하는 대신에, 제 1 고압 WMR 스트림(313) 및 제 2 고압 WMR 스트림(323)은 개별 열교환기(미도시)에서 개별적으로 냉각될 수 있다. 제 1 WMR 증기-액체 분리 디바이스(373)는 상 분리기일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 제 1 WMR 증기-액체 분리 디바이스(373)는 증류 컬럼, 또는 컬럼 내에 도입된 적합한 냉온 스트림을 갖는 혼합 컬럼일 수 있다.
선택적으로, 제 1 사전 냉각된 WMR 스트림(317)의 부분은 보충 냉매를 제 1 사전 냉각 열교환기(360)에 제공하기 위해{점선(317a)으로 도시됨} 제 1 WMR 팽창 디바이스(326)에서의 팽창 이전에 제 1 추가 냉각된 WMR 스트림(336)과 혼합될 수 있다. 추가 실시예는 3 압력 사전 냉각 회로를 갖는 도 3의 변형이다. 이 실시예는 저압 WMR 압축기(312) 및 중간 압력 WMR 압축기(321)에 더하여 제 3 압축기를 수반한다. 이 실시예에서, 사전 냉각 서브 시스템의 압축기(312, 321, 376)용 구동기는 각각 구동기(333a, 333b, 및 333c)로서 붙여진다.
전처리된 공급 스트림(302)(또한 탄화수소 공급 스트림으로 지칭됨)은 재순환 스트림(389)과 혼합되어, 제 1 사전 냉각 열교환기(360)에서 냉각되는 혼합된 공급 스트림(301)을 발생하여, 20℃ 미만, 바람직하게 약 10℃ 미만, 및 더 바람직하게 약 0℃ 미만의 온도에서 제 1 사전 냉각된 천연 가스 스트림(304)을 발생한다. 종래 기술에 알려진 바와 같이, 공급 스트림(302)은 바람직하게는 습기 및 산 가스, 수은 및 다른 오염물과 같은 다른 불순물을 제거하기 위해 전처리되었다. 제 1 사전 냉각된 천연 가스 스트림(304)은 제 2 사전 냉각 열교환기(362)에서 냉각되어, 주변 온도, 천연 가스 공급 조성 및 압력에 따라 10℃ 미만, 바람직하게는 약 0℃ 미만, 보다 바람직하게는 약 -30℃ 미만의 온도에서 제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(306)을 발생한다. 제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(306)은 부분적으로 응축될 수 있다.
압축된 냉각된 CMR 스트림(344)(또한 제 2 냉매 공급 스트림으로 지칭됨)은 제 1 사전 냉각 열교환기(360)에서 냉각되어 제 1 사전 냉각된 CMR 스트림(346)을 발생한다. 압축된 냉각된 CMR 스트림(344)은 에탄보다 가벼운 성분의 20% 초과, 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 30% 초과, 보다 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 40% 초과를 함유하고, "액화 냉매 조성"으로 지칭된다. 제 1 사전 냉각된 CMR 스트림(346)은 제 2 사전 냉각 열교환기(362)에서 냉각되어, 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(348)(또한 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림으로 지칭됨)을 발생한다.
제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(306) 및 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(348)은 액화 시스템(365)으로 보내진다. 제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림은 액화되고 선택적으로 MCHE(364)에서 과냉되어, 약 -160℃ 내지 약 -70℃, 바람직하게는 약 -150℃ 내지 약 -100℃의 온도에서 제 1 LNG 스트림(308)(청구항에서 액화된 탄화수소 스트림으로서 지칭됨)을 발생한다. 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(348)은 바람직하게는 MCHE(364)에서 완전히 응축되고 과냉되어, 요구된 냉매를 제공하기 위해 MCHE(364)의 쉘 측으로 다시 보내지는 팽창된 CMRL 스트림(354)을 발생하기 위해 CMRL 팽창 디바이스(353) 양단의 압력에서 하락되는 냉온 스트림을 초래한다. MCHE(364)는 단일 다발 교환기로 도시되어 있지만, 다중 다발 또는 교환기가 사용될 수 있다. 추가로, 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(348)은 2상일 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 이를 증기 및 액체 상으로 분리시키고, MCHE에서 별도의 냉각 회로뿐만 아니라 별도의 팽창 디바이스를 이용하는 것이 유리할 수 있다.
따뜻한 저압 CMR 스트림(340)은 임의의 액체를 분리하기 위해 흡입 드럼(미도시)을 통해 보내지는 MCHE(364)의 쉘 측의 웜 단부로부터 회수되고, 증기 스트림은 CMR 압축기(341)에서 압축되어 압축된 CMR 스트림(342)을 발생한다. 따뜻한 저압 CMR 스트림(320)은 전형적으로 WMR 사전 냉각 온도에 또는 그 부근의 온도에서, 및 바람직하게는 약 -30℃ 미만의 온도 및 10 bara(145 psia) 미만의 압력에서 회수된다. 압축된 CMR 스트림(342)은 일반적으로 주변 공기에 대해 CMR 애프터쿨러(343)에서 냉각되어, 압축된 냉각 CMR 스트림(344)을 발생한다. 추가적인 상 분리기, 압축기 및 애프터쿨러가 존재할 수 있다. 압축된 냉각된 CMR 스트림(344)은 그런 후에 제 1 사전 냉각 열교환기(360)에 도입된다.
제 1 LNG 스트림(308)은 감소된 압력 LNG 스트림(303)을 발생하기 위해 LNG 압력 하락 디바이스(311)를 통과시킴으로써 하락될 수 있고, 감소된 압력 LNG 스트림(303)은 그런 후에 플래시 가스 스트림(309) 및 제 2 LNG 스트림(305)을 발생하기 위해 플래시 드럼(307)으로 보내진다. 제 2 LNG 스트림(305)은 저장 압력으로 하락될 수 있고, LNG 저장 탱크(미도시)로 보내질 수 있다. 플래시 가스 스트림(309)은 또한 저장 탱크에서 발생된 임의의 증발 가스(boil-off gas; BOG)를 포함할 수 있다. 플래시 가스 스트림(309)은 플래시 가스 교환기(384)에서 따뜻해질 수 있어, 따뜻해진 플래시 가스 스트림(385)을 발생할 수 있다. 따뜻해진 플래시 가스 스트림(385)은 플래시 가스 압축기(386)에서 압축되어 압축된 플래시 가스 스트림(387)를 발생하고, 압축된 플래시 가스 스트림(387)은 플래시 가스 냉각기(388)에서 냉각되어, 재순환 스트림(389) 및 선택적으로 설비에서 연료로서 사용될 연료 가스 스트림(389a)을 발생한다. 재순환 스트림(389)은 전처리된 공급 스트림(302)과 혼합된다.
CMR 스트림(348a)의 부분은 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(348)과 같은 임의의 장소에서 액화 시스템(365)으로부터 제거될 수 있다. CMR 스트림(348a)의 부분은 플래시 가스 스트림(309)에 대해 냉각되어, CMRL 팽창 디바이스(353)의 상류와 같이 적합한 장소에서 액화 시스템(365)으로 복귀될 수 있는 CMR 스트림(348b)의 냉각될 부분을 발생한다. 또한, WMR 스트림(316a)의 부분은 플래시 가스 스트림(309)에 대해 냉각되어, WMR 스트림(316b)의 냉각된 부분을 발생한다.
도 3에 도시된 실시예에서, 가장 따뜻한 열교환부는 제 1 사전 냉각 열교환기(360)이고, 가장 차가운 열교환부는 제 2 사전 냉각 열교환기(362)이다. WMR 압축기(312), CMR 압축기(341), 및/또는 플래시 가스 압축기(386)는 원심력, 축 방향, 양의 변위 또는 임의의 다른 압축기 유형과 같은 임의의 유형의 압축기일 수 있고, 선택적인 중간 냉각을 갖는 임의의 수의 스테이지들을 포함할 수 있다.
도 2에서와 같이, 바람직한 실시예에서, 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(348)은 완전히 응축될 수 있어, 도 1의 CMR 상 분리기(150) 및 도 1의 CMRV 팽창 디바이스(155)에 대한 필요성을 제거한다. 이 실시예에서, 도 1의 메인 극저온 열교환기(164)는 2개의 따뜻한 공급 스트림, 즉 제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(306) 및 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(348)을 갖는 단일 다발 열교환기일 수 있다.
도 2와 유사하게, 도 3에 도시된 장치의 이점은, WMR 냉매 스트림이 2개의 부분, 즉 더 무거운 탄화수소를 갖는 제 1 WMRL 스트림(375) 및 더 가벼운 탄화수소를 갖는 제 1 WMRV 스트림(374)으로 분할된다는 것이다. 제 1 사전 냉각 열교환기(360)가 제 2 사전 냉각 열교환기(362)보다 따뜻한 온도로 냉각되기 때문에, WMR 내의 더 무거운 탄화수소는 제 1 사전 냉각 열교환 기(260)에서 요구되는 반면, WMR 내의 더 가벼운 탄화수소는 제 2 사전 냉각 열교환기(262)에서 더 깊은 냉각을 제공하도록 요구된다. 그러므로, 도 3에 도시된 장치는 종래 기술의 도 1에 비해, 향상된 공정 효율 및 이에 따른 낮은 요구된 사전 냉각 동력을 초래한다. 이러한 장치는 또한 냉매 부하를 액화 시스템으로부터 사전 냉각 시스템으로 이동시키는 것을 가능하게 하여, 액화 시스템에서의 동력 요구를 감소시키고 MCHE의 크기를 감소시킨다. 추가로, WMR 조성 및 압축 압력은 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(372)에 대한 최적 증기 분률을 초래하도록 최적화될 수 있어, 공정 효율의 추가 향상을 초래한다.
추가적으로, 도 2와 유사하게, 도 3에 도시된 실시예는 제 1 LNG 스트림(308)에 대한 온도가 탱크 내의 제 2 LNG 스트림(305)의 동일한 온도에 대한 종래 기술보다 따뜻해질 수 있게 한다. 이는 종래 기술의 경우보다 많은 양의 플래시 가스가 발생되기 때문이다. 그러므로, 액화 및 과냉각 듀티가 감소되어, 설비에 대한 전체 동-전력 요건을 낮춘다. 실시예는 또한 사전 냉각 및 액화 시스템에 대해 거의 동일한 동력 요건을 허용한다.
도 2에 비해 도 3에 도시된 장치의 단점은, WMR의 병렬 압축으로 인해 최소한 2개의 압축기 본체가 필요하다는 것이다. 그러나, 다수의 압축 본체가 존재하는 시나리오에서 유리하다. 도 3에 도시된 실시예에서, 저압 WMR 스트림(310) 및 중간 압력 WMR 스트림(318)은 병렬로 압축되며, 이는 압축기 크기 제한이 고려사항인 시나리오에서 유리하다. 저압 WMR 압축기(312) 및 중간 압력 WMR 압축기(321)는 독립적으로 설계될 수 있고, 상이한 수의 임펠러, 압력비 및 다른 설계 특징을 가질 수 있다.
도 4는, 3개의 압력 사전 냉각 회로가 제공되는 제 3 실시예를 도시한다. 저압 WMR 스트림(419)은 제 3 사전 냉각 열교환기(497)의 쉘 측의 웜 단부로부터 회수되고, WMR 압축기(412)의 제 1 압축 스테이지(412A)에서 압축된다. 중간 압력 WMR 스트림(410)은 제 2 사전 냉각 열교환기(462)의 쉘 측의 웜 단부로부터 회수되고, WMR 압축기(412)에 측면 스트림으로서 도입되고, 여기서 제 1 압축 스테이지(412A)로부터 압축된 스트림(미도시)과 혼합한다. 혼합된 스트림(미도시)은 WMR 압축기(412)의 제 2 압축 스테이지(412B)에서 압축되어 제 1 중간 WMR 스트림(425)을 발생한다.
제 1 중간 WMR 스트림(425)은 WMR 압축기(412)로부터 회수되고, 냉각된 제 1 중간 WMR 스트림(429)을 발생하기 위해 주변 냉각기일 수 있는 고압 WMR 인터쿨러(427)에서 냉각된다. 고압 WMR 스트림(418)은 제 1 사전 냉각 열교환기(460)의 쉘 측의 웜 단부로부터 회수되고, 혼합된 고압 WMR 스트림(431)을 발생하기 위해 냉각된 제 1 중간 WMR 스트림(429)과 혼합된다. 저압 WMR 스트림(419), 중간 압력 WMR 스트림(410), 고압 WMR 스트림(418) 및 냉각된 제 1 중간 WMR 스트림(429)에 존재하는 임의의 액체는 증기-액체 분리 디바이스(미도시)에서 제거될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 고압 WMR 스트림(418)은 예를 들어, WMR 압축기(412)에 대한 측면 스트림으로서 WMR 압축 시퀀스에서의 임의의 다른 적합한 장소에 도입될 수 있거나, 또는 WMR 압축기(412)에 대한 임의의 다른 입구 스트림과 혼합될 수 있다.
혼합된 고압 WMR 스트림(431)은 WMR 압축기(412)로 도입되고, WMR 압축기(412)의 제 3 WMR 압축 스테이지(412C)에서 압축되어, 고-고 압력 WMR 스트림(470)을 발생한다. 고-고 압력 WMR 스트림(470)은 5 bara 내지 35 bara, 바람직하게는 15 bara 내지 25 bara의 압력에 있을 수 있다. 고-고 압력 WMR 스트림(470)은 WMR 압축기(412)로부터 회수되고, 고-고 압력 WMR 인터쿨러(471)에서 냉각 및 부분적으로 응축되어, 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(472)을 발생한다. 고-고 압력 WMR 인터쿨러(471)는 공기 또는 물을 사용하는 주변 냉각기일 수 있다. 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(472)은 0.2 내지 0.8, 바람직하게는 0.3 내지 0.7, 보다 바람직하게는 0.4 내지 0.6의 증기 분율을 가질 수 있다. 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(472)은 에탄보다 가벼운 성분의 20% 미만, 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 10% 미만,보다 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 5% 미만을 포함할 수 있으며, "사전 냉각 냉매 조성"으로 지칭된다. 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(472)은 제 1 WMR 증기 스트림(474) 및 제 1 WMRL 스트림(475)을 발생하기 위해 제 1 WMR 증기-액체 분리 디바이스(473)에서 상 분리된다.
제 1 WMRL 스트림(475)은 75% 미만의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 바람직하게는 70% 미만의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 보다 바람직하게는 60% 미만의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소를 함유한다. 제 1 WMRV 스트림(474)은 40% 초과의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 바람직하게는 50% 초과의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 보다 바람직하게는 60% 초과의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소를 함유한다. 제 1 WMRL 스트림(475)은 두 부분, 즉 제 1 부분(422) 및 제 2 부분(424)으로 분할되는 제 2 냉각된 압축 WMR 스트림(420)을 발생하기 위해 냉각될 제 1 사전 냉각 열교환기(460)에 도입된다. 제 2 냉각된 압축 WMR 스트림(420)의 제 1 부분(422)은 제 1 WMR 팽창 디바이스(426)에서 팽창되어, 제 1 사전 냉각 열교환기(460)에 냉동 듀티를 제공하는 제 1 팽창된 WMR 스트림(428)을 발생한다. 제 2 냉각된 압축 WMR 스트림(420)의 제 2 부분(424)은 제 2 사전 냉각 열교환기(462)의 튜브 회로에서 추가로 냉각되어, 제 2의 추가 냉각된 WMR 스트림(437)을 발생한다. 제 2의 추가 냉각된 WMR 스트림(437)은 제 2 WMR 팽창 디바이스(430)에서 팽창되어, 냉동 듀티를 제공하기 위해 제 2 사전 냉각 열교환기(462)의 쉘 측에 도입되는 제 2 팽창된 WMR 스트림(432)을 발생한다.
제 1 WMRV 스트림(474)은 WMR 압축기(412)로 도입되어, 제 4 WMR 압축 스테이지(412D)에서 압축되어 압축 WMR 스트림(414)을 발생한다. 압축 WMR 스트림(414)은 WMR 후 냉각기(415)에서 냉각 및 바람직하게 응축되어, 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(416)을 발생한다. 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(416)의 몰 조성은 제 1 WMRV 스트림(474)의 몰 조성과 동일하다. 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(416)의 부분은 플래시 가스 교환기(484)에서 냉각된 WMR 스트림(416a)의 부분으로서 사전 냉각 시스템(434)으로부터 제거될 수 있어서, 제 3 WMR 팽창 디바이스(482) 또는 제 2 WMR 팽창 디바이스(430) 또는 제 1 WMR 팽창 디바이스(426) 또는 임의의 다른 적합한 장소에서의 팽창 이전에 사전 냉각 시스템(434)으로 복귀될 수 있는 WMR 스트림(416b)의 냉각된 부분을 발생한다. 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(416)의 나머지는 튜브 회로에서 추가로 냉각될 제 1 사전 냉각 열교환기(460)에 도입되어, 제 2 사전 냉각된 WMR 스트림(480)을 발생한다. 제 2 사전 냉각된 WMR 스트림(480)은 추가로 냉각될 제 2 사전 냉각 열교환기(462)에 도입되어, 추가로 냉각될 제 3 사전 냉각 열교환기(497)에 도입되는 제 3 사전 냉각된 WMR 스트림(481)을 발생하여, 제 3 추가 냉각된 WMR 스트림(438)을 발생한다. 제 3 추가 냉각된 WMR 스트림(438)은 제 3 WMR 팽창 디바이스(482)에서 팽창되어, 냉동 듀티를 제공하기 위해 제 3 사전 냉각 열교환기(497)의 쉘 측에 도입되는 제 3 팽창된 WMR 스트림(483)을 발생한다.
선택적으로, 제 3 사전 냉각된 WMR 스트림(481)의 부분은 보충 냉매를 제 2 사전 냉각 열교환기(462)에 제공하기 위해 제 2 WMR 팽창 디바이스(430){점선(481a)으로 도시됨}에서의 팽창 이전에 제 2 추가 냉각된 WMR 스트림(437)과 혼합될 수 있다.
전처리된 공급 스트림(402)(또한 탄화수소 공급 스트림으로 지칭됨)은 혼합점(445)에서 재순환 스트림(489)과 혼합되어, 제 1 사전 냉각된 천연 가스 스트림(404)을 발생하기 위해 제 1 사전 냉각 열교환기(460)에서 냉각되는 혼합된 공급 스트림(401)을 발생한다. 제 1 사전 냉각된 천연 가스 스트림(404)은 제 2 사전 냉각 열교환기(462)에서 냉각되어, 제 3 사전 냉각 열교환기(497)에서 추가로 냉각되는 제 3 사전 냉각된 천연 가스 스트림(498)을 발생하여, 제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(406)을 발생한다. 압축된 냉각된 CMR 스트림(444)은 제 1 사전 냉각 열교환기(460)에서 냉각되어 제 1 사전 냉각된 CMR 스트림(446)을 발생한다. 압축된 냉각된 CMR 스트림(444)은 에탄보다 가벼운 성분의 20% 초과, 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 30% 초과, 보다 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 40% 초과를 함유하고, "액화 냉매 조성"으로 지칭된다. 제 1 사전 냉각된 CMR 스트림(446)은 제 2 사전 냉각 열교환기(462)에서 냉각되어, 제 3 사전 냉각 열교환기(497)에서 추가로 냉각되는 제 3 사전 냉각된 CMR 스트림(447)을 발생하여, 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(448)을 발생한다.
제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(406) 및 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(248)은 액화 시스템(465)으로 보내진다. 제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림은 MCHE(464)에서 액화되고 선택적으로 과냉되어, 약 -160℃ 내지 약 -70℃, 바람직하게는 약 -150℃ 내지 약 -100℃의 온도에서 제 1 LNG 스트림(408)(청구항에서 액화된 탄화수소 스트림으로 지칭됨)을 발생한다. 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(448)은 MCHE(464)에서 바람직하게 완전히 응축되고 과냉되어, 요구된 냉매를 제공하기 위해 MCHE(464)의 쉘 측으로 다시 보내지는 팽창된 CMRL 스트림(454)을 발생하기 위해 CMRL 팽창 디바이스(453) 양단의 압력에서 하락되는 냉온 스트림을 초래한다. MCHE(464)는 단일 다발 교환기로 도시되지만, 다중 묶음 또는 교환기가 사용될 수 있다. 추가로, 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(448)은 2상일 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 이를 증기 및 액체 상으로 분리하고 MCHE에서 별도의 냉각 회로뿐만 아니라 별도의 팽창 디바이스를 이용하는 것이 유리할 수 있다.
따뜻한 저압 CMR 스트림(440)은 임의의 액체를 분리하기 위해 흡입 드럼(미도시)을 통해 보내지는 MCHE(464)의 쉘 측의 웜 단부로부터 회수되고, 증기 스트림은 CMR 압축기(441)에서 압축되어 압축된 CMR 스트림(442)을 발생한다. 따뜻한 저압 CMR 스트림(440)은 전형적으로 WMR 사전 냉각 온도에 또는 그 부근의 온도, 바람직하게는 약 -30℃ 미만 및 10 bara(145 psia) 미만의 압력에서 회수된다. 압축된 CMR 스트림(442)은 전형적으로 주변 공기에 대해 CMR 애프터쿨러(443)에서 냉각되어, 압축된 냉각된 CMR 스트림(444)을 발생한다. 추가적인 상 분리기, 압축기 및 애프터쿨러가 존재할 수 있다. 압축된 냉각된 CMR 스트림(444)은 그런 후에 제 1 사전 냉각 열교환기(460)에 도입된다.
제 1 LNG 스트림(408)은 감소된 압력 LNG 스트림(403)을 발생하기 위해 LNG 압력 하락 디바이스(411)를 통과시킴으로써 압력에서 하락될 수 있고, 감소된 압력 LNG 스트림(403)은 그런 후에 플래시 드럼(407)으로 보내져서, 플래시 가스 스트림(409) 및 제 2 LNG 스트림(405)을 발생한다. 제 2 LNG 스트림(405)은 저장 압력으로 하락될 수 있고, LNG 저장 탱크(미도시)로 보내질 수 있다. 플래시 가스 스트림(409)은 또한 저장 탱크에서 발생된 임의의 증발 가스(BOG)를 포함할 수 있다. 플래시 가스 스트림(409)은 플래시 가스 교환기(484)에서 따뜻해져서, 따뜻해진 플래시 가스 스트림(485)을 발생한다. 따뜻해진 플래시 가스 스트림(485)은 플래시 가스 압축기(486)에서 압축되어, 플래시 가스 냉각기(488)에서 냉각되는 압축된 플래시 가스 스트림(487)을 발생하여, 재순환 스트림(489), 및 선택적으로 설비에서 연료로서 사용되는 연료 가스 스트림(489a)을 발생한다. 재순환 스트림(489)은 전처리된 공급 스트림(402)과 혼합된다.
CMR 스트림(448a)의 부분은 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(448)과 같은 임의의 장소에서 액화 시스템(465)으로부터 제거될 수 있다. CMR 스트림(448a)의 부분은 플래시 가스 스트림(409)에 대해 냉각되어, CMR 스트림(448b)의 냉각된 부분을 발생하고, CMR 스트림(448b)의 냉각된 부분은 CMRL 팽창 디바이스(453)의 상류와 같이 적합한 장소에서 액화 시스템(465)으로 복귀될 수 있다. WMR 스트림(416a)의 부분은 또한 플래시 가스 스트림(409)에 대해 또한 냉각되어, WMR 스트림(416b)의 냉각된 부분을 발생한다.
도 4가 4개의 압축 스테이지를 도시하지만, 임의의 수의 압축 스테이지가 존재할 수 있다. 또한, 압축 스테이지는 단일 압축기 본체의 일부일 수 있거나, 선택적 인터쿨링을 갖는 다수의 개별 압축기일 수 있다. WMR 압축기(412), CMR 압축기(441) 및/또는 플래시 가스 압축기(486)는 원심력, 축 방향, 양의 변위, 또는 임의의 다른 압축기 유형과 같은 임의의 유형의 압축기일 수 있으며, 선택적인 내부 냉각을 갖는 임의의 수의 스테이지들을 포함할 수 있다.
도 2에서와 같이, 바람직한 실시예에서, 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(448)은 완전 응축될 수 있어, 도 1의 CMR 상 분리기(150) 및 도 1의 CMRV 팽창 디바이스(155)에 대한 필요성을 제거한다. 이 실시예에서, 도 1의 메인 극저온 열교환기(164)는 2개의 따뜻한 공급 스트림, 즉 제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(406) 및 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(448)을 갖는 단일 다발 열교환기일 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서, 가장 따뜻한 열교환부는 제 1 사전 냉각 열교환기(460)이고, 가장 차가운 열교환부는 제 3 사전 냉각 열교환기(497)이다.
도 4에 도시된 실시예는, 도 2에 도시된 실시예의 모든 이점을 갖는다. 추가 실시예는 2개의 사전 냉각 열교환기를 갖는 도 4의 변경이어서, 전체 제 2 냉각된 압축 WMR 스트림(420)이 제 1 열교환기에 냉매를 제공하는데 사용된다. 이 실시예는 추가 열교환기의 필요성을 제거하고, 자본비를 더 낮춘다.
도 5는 3개의 사전 냉각 열교환기를 갖는 도 4에 도시된 실시예의 제 4 실시예 및 변경을 도시한다. 저압 WMR 스트림(519)은 제 3 사전 냉각 열교환기(597)의 쉘 측의 웜 단부로부터 회수되고, WMR 압축기(512)의 제 1 압축 스테이지(512A)에서 압축된다. 중간 압력 WMR 스트림(510)은 제 2 사전 냉각 열교환기(562)의 쉘 측의 웜 단부로부터 회수되고, WMR 압축기(512)에 측면 스트림으로서 도입되고, 여기서 제 1 압축 스테이지(512A)로부터 압축된 스트림(미도시)과 혼합된다. 혼합된 스트림(미도시)은 WMR 압축기(512)의 제 2 압축 스테이지(512B)에서 압축되어, 제 1 중간 WMR 스트림(525)을 발생한다. 제 1 중간 WMR 스트림(525)은 주변 냉각기일 수 있는 고압 WMR 인터쿨러(527)에서 냉각되어, 냉각된 제 1 중간 WMR 스트림(529)을 발생한다.
저압 WMR 스트림(519), 중간 압력 WMR 스트림(510) 및 고압 WMR 스트림(518)에 존재하는 임의의 액체는 증기-액체 분리 디바이스(미도시)에서 제거될 수 있다.
고압 WMR 스트림(518)은 제 1 사전 냉각 열교환기(560)의 쉘 측의 웜 단부로부터 회수되고, 냉각된 제 1 중간 WMR 스트림(529)과 혼합되어 혼합된 고압 WMR 스트림(531)을 발생한다.
혼합된 고압 WMR 스트림(531)은 WMR 압축기(512)의 제 3 WMR 압축 스테이지(512C)에서 압축될 WMR 압축기(512)에 도입되어, 고-고 압력 WMR 스트림(570)을 발생한다. 고-고 압력 WMR 스트림(570)은 5 bara 내지 35 bara, 바람직하게는 10 bara 내지 25 bara의 압력일 수 있다. 고-고 압력 WMR 스트림(570)은 WMR 압축기(512)로부터 회수되고, 고-고 압력 WMR 인터쿨러(571)에서 냉각 및 부분적으로 응축되어, 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(572)을 발생한다. 고-고 압력 WMR 인터쿨러(571)는 공기 또는 물을 사용하는 주변 냉각기일 수 있다. 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(572)은 0.2 내지 0.8, 바람직하게는 0.3 내지 0.7, 보다 바람직하게는 0.4 내지 0.6의 증기 분율을 가질 수 있다. 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(572)은 에탄보다 가벼운 성분의 20% 미만, 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 10% 미만, 보다 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 5% 미만을 포함할 수 있으며, "사전 냉각 냉매 조성"으로 지칭된다. 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(572)은 제 1 WMR 증기 스트림(574) 및 제 1 WMRL 스트림(575)을 발생하기 위해 제 1 WMR 증기-액체 분리 디바이스(573)에서 상 분리된다.
제 1 WMRL 스트림(575)은 75% 미만의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 바람직하게는 70% 미만의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 보다 바람직하게는 60% 미만의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소를 함유한다. 제 1 WMRV 스트림(574)은 40% 초과의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 바람직하게는 50% 초과의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 보다 바람직하게는 60% 초과의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소를 함유한다. 제 1 WMR 스트림(575)은 튜브 회로에서 냉각될 제 1 사전 냉각된 열교환기(560)에 도입되어, 제 1 추가 냉각된 WMR 스트림(536)을 발생한다. 제 1 추가 냉각된 WMR 스트림(536)은 제 1 WMR 팽창 디바이스(526)에서 팽창되어, 제 1 팽창된 WMR 스트림(528)을 발생한다. 제 1 팽창된 WMR 스트림(528)은 제 1 사전 냉각 열교환기(560)에 대한 냉동 듀티를 제공한다.
제 1 WMRV 스트림(574)은 제 4 WMR 압축 스테이지(512D)에서 압축될 WMR 압축기(512)에 도입되어, 10 bara 내지 50 bara, 바람직하게는 15 bara 내지 45 bar의 압력에서 제 2 중간 WMR 스트림(590)을 발생한다. 제 2 중간 WMR 스트림(590)은 WMR 압축기(512)로부터 회수되고, 제 1 WMRV 인터쿨러(591)에서 냉각되고 부분적으로 응축되어, 냉각된 제 2 중간 WMR 스트림(592)을 발생한다. 제 1 WMRV 인터쿨러(591)는 공기 또는 물에 대해 냉각하는 주변 냉각기일 수 있다. 냉각된 제 2 중간 WMR 스트림(592)은 0.2 내지 0.8, 바람직하게는 0.3 내지 0.7, 보다 바람직하게는 0.4 내지 0.6의 증기 분율을 가질 수 있다. 냉각된 제 2 중간 WMR 스트림(592)은 제 2 WMR 증기 스트림(594) 및 제 2 WMRL 스트림(595)을 발생하기 위해 제 2 WMR 증기-액체 분리 디바이스(593)에서 상 분리된다. 제 2 WMRL 스트림(595)은 약 40% 내지 80%의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 바람직하게는 약 50% 내지 75%의 에탄 및더 가벼운 탄화수소, 보다 바람직하게는 약 60% 내지 70%의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소를 포함한다.
제 2 WMRL 스트림(595)은 제 1 사전 냉각 열교환기(560)의 튜브 회로에서 냉각되어, 제 1 사전 냉각된 WMR 스트림(517)을 발생한다. 제 1 사전 냉각된 WMR 스트림(517)은 제 2 사전 냉각 열교환기(562)의 튜브 회로에서 추가로 냉각되어, 제 2 추가 냉각된 WMR 스트림(537)을 발생한다. 제 2 추가 냉각된 WMR 스트림(537)은 제 2 사전 냉각 열교환기(562)에 냉동 듀티를 제공하는 제 2 팽창된 WMR 스트림(532)을 발생하기 위해 제 2 WMR 팽창 디바이스(530)에서 팽창된다. 대안적인 실시예에서, 제 1 사전 냉각된 WMR 스트림(517)의 부분은 제 1 사전 냉각 열교환기(560)에 보충 냉매를 제공하기 위해 제 1 WMR 팽창 디바이스(526)에서의 팽창 이전에 제 1 추가 냉각된 WMR 스트림(536)과 혼합될 수 있다.
제 2 WMRV 스트림(594)은 제 5 WMR 압축 스테이지(512E)에서 압축될 WMR 압축기(512)에 도입되어, 압축된 WMR 스트림(514)을 발생한다. 압축된 WMR 스트림(514)은 WMR 애프터쿨러(515)에서 냉각되고 바람직하게 응축되어, 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(516)을 발생한다. 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(516)은 40% 초과의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 바람직하게는 50% 초과의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 보다 바람직하게는 60% 초과의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소를 함유한다. 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(516)의 부분은 플래시 가스 교환기(584)에서 냉각된 WMR 스트림(516a)의 부분으로서 사전 냉각 시스템(534)으로부터 제거될 수 있어, 제 3 WMR 팽창 디바이스(582), 또는 제 2 WMR 팽창 디바이스(530), 또는 제 1 WMR 팽창 디바이스(526), 또는 임의의 다른 적합한 장소에서의 팽창 이전에 사전 냉각 시스템(534)으로 복귀될 수 있는 WMR 스트림(516b)의 냉각된 부분을 발생한다. 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(516)의 나머지는 튜브 회로에서 추가로 냉각될 제 1 사전 냉각 열교환기(560)에 도입되어, 제 2 사전 냉각된 WMR 스트림(580)을 발생한다. 제 2 사전 냉각된 WMR 스트림(580)은 추가로 냉각될 제 2 사전 냉각 열교환기(562)에 주입되어, 추가로 냉각될 제 3 사전 냉각 열교환기(597)에 도입되는 제 3 사전 냉각된 WMR 스트림(581)을 발생하여, 제 3 추가 냉각된 WMR 스트림(538)을 발생한다. 제 3 추가 냉각된 WMR 스트림(538)은 제 3 WMR 팽창 디바이스(582)에서 팽창되어 제 3 팽창된 WMR 스트림(583)을 발생하고, 제 3 팽창된 WMR 스트림(583)은 냉동 듀티를 제공하기 위해 제 3 사전 냉각 열교환기(597)의 쉘 측에 도입된다.
전처리된 공급 스트림(502)(탄화수소 공급 스트림으로서 청구항에 지칭됨)은 재순환 스트림(589)과 혼합되어, 혼합된 공급 스트림(501)을 발생하고, 혼합된 공급 스트림(501)는 제 1 사전 냉각 열교환기(560)에서 냉각되어 제 1 사전 냉각된 천연 가스 스트림(504)을 발생한다. 제 1 사전 냉각된 천연 가스 스트림(504)은 제 3 사전 냉각된 천연 가스 스트림(598)을 발생하기 위해 제 2 사전 냉각 열교환기(562)에서 냉각되고, 제 3 사전 냉각된 천연 가스 스트림(598)은 제 3 사전 냉각 열교환기(597)에서 추가로 냉각되어 제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(506)을 발생한다. 압축된 냉각된 CMR 스트림(544)은 제 1 사전 냉각 열교환기(560)에서 냉각되어, 제 1 사전 냉각된 CMR 스트림(546)을 발생한다. 압축된 냉각된 CMR 스트림(544)은 에탄보다 가벼운 성분의 20% 초과, 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 30% 초과, 보다 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 40% 초과를 포함할 수 있고, "액화 냉매 조성"으로 지칭된다. 제 1 사전 냉각된 CMR 스트림(546)은 제 2 사전 냉각 열교환기(562)에서 냉각되어, 제 3 사전 냉각 열교환기(597)에서 추가로 냉각되는 제 3 사전 냉각된 CMR 스트림(547)을 발생하여, 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(548)을 발생한다.
제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(506) 및 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(548)은 액화 시스템(565)으로 보내진다. 제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림은 MCHE(564)에서 액화되고 선택적으로 과냉되어, 약 -160℃ 내지 약 -70℃, 바람직하게는 약 -150℃ 내지 약 -100℃의 온도에서 제 1 LNG 스트림(508)(청구항에서 액화된 탄화수소 스트림으로서 지칭됨)을 발생한다. 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(548)은 MCHE(564)에서 바람직하게 완전히 응축되고 과냉되어, 요구된 냉매를 제공하기 위해 MCHE(564)의 쉘 측으로 다시 보내지는 팽창된 CMRL 스트림(554)을 발생하기 위해 CMRL 팽창 디바이스(553) 양단의 압력에서 하락되는 냉온 스트림을 초래한다. MCHE(564)는 단일 다발 교환기로 도시되어 있지만, 다중 다발 또는 교환기가 사용될 수 있다. 추가로, 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(548)은 2상일 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 이를 증기 및 액체 상으로 분리하고, MCHE의 별도의 냉각 회로 및 별도의 팽창 디바이스를 이용하는 것이 유리할 수 있다.
따뜻한 저압 CMR 스트림(540)은 임의의 액체를 분리하기 위해 흡입 드럼(미도시)을 통해 보내진 MCHE(564)의 쉘 측의 웜 단부로부터 회수되고, 증기 스트림은 CMR 압축기(541)에서 압축되어, 압축된 CMR 스트림(542)을 발생한다. 따뜻한 저압 CMR 스트림(520)은 전형적으로 WMR 사전 냉각 온도에 또는 그 부근의 온도, 바람직하게는 약 -30℃ 미만의 온도 및 10 bara(145 psia) 미만의 압력에서 회수된다. 압축된 CMR 스트림(542)은 전형적으로 주변에 대해 CMR 애프터쿨러(543)에서 냉각되어, 압축된 냉각된 CMR 스트림(544)을 발생한다. 추가 상 분리기, 압축기 및 애프터쿨러가 존재할 수 있다. 그런 후에, 압축된 냉각된 CMR 스트림(544)은 제 1 사전 냉각 열교환기(560)에 도입된다.
제 1 LNG 스트림(508)은 LNG 압력 하락 디바이스(511)를 통과시킴으로써 압력에서 하락될 수 있어서 감소된 압력 LNG 스트림(503)을 발생하고, 감소된 압력 LNG 스트림(503)는 그런 후에 플래시 가스 스트림(509) 및 제 2 LNG 스트림(505)을 발생하기 위해 플래시 드럼(507)으로 보내진다. 제 2 LNG 스트림(505)은 저장 압력으로 하락될 수 있고, LNG 저장 탱크(미도시)로 보내질 수 있다. 플래시 가스 스트림(509)은 또한 저장 탱크에서 발생된 임의의 증발 가스(BOG)를 포함할 수 있다. 플래시 가스 스트림(509)은 플래시 가스 교환기(584)에서 따뜻해질 수 있어서, 따뜻해진 플래시 가스 스트림(585)을 발생할 수 있다. 따뜻해진 플래시 가스 스트림(585)은 플래시 가스 압축기(586)에서 압축되어, 압축된 플래시 가스 스트림(587)을 발생하고, 압축된 플래시 가스 스트림(587)은 플래시 가스 냉각기(588)에서 냉각되어, 재순환 스트림(589) 및 선택적으로 설비에서 연료로서 사용될 연료 가스 스트림(589a)을 발생한다. 재순환 스트림(589)은 전처리된 공급 스트림(502)과 혼합된다.
CMR 스트림(548a)의 부분은 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(548)과 같은 임의의 장소에서 액화 시스템(565)으로부터 제거될 수 있다. CMR 스트림(548a)의 부분은 플래시 가스 스트림(509)에 대해 냉각되어, CMR 팽창 디바이스(553)의 상류와 같은 적절한 장소에서 액화 시스템(565)으로 복귀될 수 있는 CMR 스트림(548b)의 냉각된 부분을 발생한다. WMR 스트림(516a)의 부분은 또한 플래쉬 가스 스트림(509)에 대해 냉각될 수 있어, WMR 스트림(516b)의 냉각된 부분을 발생한다.
도 5에 도시된 실시예에서, 가장 따뜻한 열교환부는 제 1 사전 냉각 열교환기(560)이고, 가장 차가운 열교환부는 제 3 예비 냉각 열교환기(597)이다.
도 5는 도 2에 기재된 실시예의 모든 이점을 소유한다. 도 5는 제 3 사전 냉각 열교환기 및 추가 압축 스테이지를 수반하므로, 도 2보다 높은 자본비를 갖는다. 그러나, 도 5는 3개의 상이한 WMR 조성을 수반하며, 이러한 3개의 상이한 WMR 조성은 3개의 사전 냉각 열교환기 각각을 위한 것이다. 그러므로, 도 5의 실시예는 증가된 자본비로 향상된 공정 효율을 초래한다.
선택적으로, 제 2 사전 냉각된 WMR 스트림(580)의 부분은 보충 냉매를 제 1 사전 냉각 열교환기(560){점선(581a)으로 도시됨}에 제공하기 위해 제 1 WMR 팽창 디바이스(526)에서의 팽창 이전에 제 1 추가 냉각된 WMR 스트림(536)과 혼합될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제 3 사전 냉각된 WMR 스트림(581)의 부분은 보충 냉동 듀티를 제 2 사전 냉각 열교환기(562)에 제공하기 위해 제 2 WMR 팽창 디바이스(530)에서의 팽창 이전에 제 2 추가 냉각된 WMR 스트림(537)과 혼합될 수 있다.
도 6은 도 2의 변경인 제 5 실시예를 도시한다. 저압 WMR 스트림(610)은 제 2 사전 냉각 열교환기(662)의 쉘 측의 웜 단부로부터 회수되고, WMR 압축기(612)의 제 1 압축 스테이지(612A)에서 압축된다. 중간 압력 WMR 스트림(618)은 제 1 사전 냉각 열교환기(660)의 쉘 측의 웜 단부로부터 회수되고, 측면 스트림으로서 WMR 압축기(612)에 도입되며, 여기서 WMR 압축기(612)는 제 1 압축 스테이지(612A)로부터 압축된 스트림(미도시)과 혼합된다. 혼합된 스트림(미도시)은 WMR 압축기(612)의 제 2 WMR 압축 스테이지(612B)에서 압축되어, 고-고 압력 WMR 스트림(670)을 발생한다. 저압 WMR 스트림(610) 및 중간 압력 WMR 스트림(618)에 존재하는 임의의 액체는 WMR 압축기(612)에 도입되기 전에 증기-액체 분리 디바이스(미도시)에서 제거된다.
고-고 압력 WMR 스트림(670)은 5 bara 내지 40 bara, 바람직하게는 15 bara 내지 30 bara의 압력에 있을 수 있다. 고-고 압력 WMR 스트림(670)은 WMR 압축기(612)로부터 회수되고, 고-고 압력 WMR 인터쿨러(671)에서 냉각 및 부분적으로 응축되어, 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(672)을 발생한다. 고-고 압력 WMR 인터쿨러(671)는 공기 또는 물을 사용하는 주변 냉각기와 같은 임의의 적합한 유형의 냉각 유닛일 수 있고, 하나 이상의 열교환기를 포함할 수 있다. 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(672)은 0.2 내지 0.8, 바람직하게는 0.3 내지 0.7, 보다 바람직하게는 0.4 내지 0.6의 증기 분율을 가질 수 있다. 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(672)은 에탄보다 가벼운 성분의 20% 미만, 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 10% 미만, 보다 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 5% 미만을 포함할 수 있으며, "사전 냉각 냉매 조성"으로 지칭된다. 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(672)은 제 1 WMR 증기 스트림(674) 및 제 1 WMRL 스트림(675)을 발생하기 위해 제 1 WMR 증기-액체 분리 디바이스(673)에서 상 분리된다.
제 1 WMRL 스트림(675)은 75% 미만의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 바람직하게는 70% 미만의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 보다 바람직하게는 60% 미만의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소를 함유한다. 제 1 WMRV 스트림(674)은 40% 초과의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 바람직하게는 50% 초과의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소, 보다 바람직하게는 60% 초과의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소를 함유한다. 제 1 WMRL 스트림(675)은 펌핑된 제 1 WMRL 스트림(677)을 발생하기 위해 WMR 펌프(663)에서 압력이 증가된다.
제 1 WMRV 스트림(674)은 압축된 WMR 스트림(614)을 발생하기 위해 WMR 압축기(612)의 제 3 WMR 압축 스테이지(612C)에서 압축될 WMR 압축기(612)에 도입되고, 압축된 WMR 스트림(614)은 펌핑된 제 1 WMR 스트림(677)과 혼합되어, 혼합된 압축된 WMR 스트림(661)을 발생한다. 혼합된 압축 WMR 스트림(661)은 WMR 애프터쿨러(615)에서 냉각되고 바람직하게 응축되어, 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(616)(또한 압축된 제 1 냉매 스트림으로 지칭됨)을 발생한다. 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(616)의 조성은 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(672)의 조성과 동일하다. 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(616)의 부분은 플래시 가스 교환기(684)에서 냉각된 WMR 스트림(616a)의 부분으로서 사전 냉각 시스템(634)으로부터 제거될 수 있어, 제 2 WMR 팽창 디바이스(630) 또는 제 1 WMR 팽창 디바이스(626), 또는 임의의 다른 적합한 장소에서의 팽창 이전에 사전 냉각 시스템(634)으로 복귀될 수 있는 WMR 스트림(616b)의 냉각된 부분을 발생한다.
제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(616)의 나머지는 그런 후에 제 2 냉각된 압축 WMR 스트림(620)을 발생하기 위해 튜브 회로에서 추가로 냉각될 제 1 사전 냉각 열교환기(660)에 도입된다. 제 2 냉각된 압축 WMR 스트림(620)은 두 부분, 즉 제 1 부분(622) 및 제 2 부분(624)으로 분할된다. 제 2 냉각된 압축 WMR 스트림(620)의 제 1 부분(622)은 제 1 WMR 팽창 디바이스(626)에서 팽창되어, 냉동 듀티를 제공하기 위해 제 1 사전 냉각 열교환기(660)의 쉘 측에 도입되는 제 1 팽창된 WMR 스트림(628)을 발생한다. 제 2 냉각된 압축 WMR 스트림(620)의 제 2 부분(624)은 추가로 냉각될 제 2 사전 냉각 열교환기(662)에 도입되어, 제 2 추가 냉각된 WMR 스트림(637)을 형성하고, 그 후에, 제 2 WMR 팽창 디바이스(630)에서 팽창되어, 냉동 듀티를 제공하기 위해 제 2 사전 냉각 열교환기(662)의 쉘 측에 도입되는 제 2 팽창된 WMR 스트림(632)을 발생한다.
제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(616)은 완전히 응축되거나 부분적으로 응축될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(616)은 완전히 응축된다. 사전 냉각 냉매 조성으로 인해, 매우 높은 압력으로 압축할 필요 없이 완전히 압축된 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(616)을 발생하기 위해 압축 WMR 스트림(614)을 완전히 응축시키는 것이 가능하다. 압축 WMR 스트림(614)은 300 psia(21 bara) 내지 600 psia(41 bara), 바람직하게는 400 psia(28 bara) 내지 500 psia(35 bara)의 압력에 있을 수 있다. 제 2 사전 냉각 열교환기(662)가 천연 가스를 완전히 액화시키는데 사용되는 액화 열교환기인 경우, 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(672)은 질소 및 메탄의 더 높은 농도를 가지므로, 압축 WMR 스트림(614)의 압력은 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(616)이 완전히 응축되기 위해서 더 높아야 한다. 이것이 달성될 수 없기 때문에, 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(616)은 완전히 응축되지 않으며, 별도로 액화될 필요가 있는 상당한 증기 농도를 함유한다.
전처리된 공급 스트림(602)(탄화수소 공급 스트림으로서 청구항에 지칭됨)은 재순환 스트림(689)과 혼합되어 혼합된 공급 스트림(601)을 발생하고, 혼합된 공급 스트림(601)은 제 1 사전 냉각 열교환기(660)에서 냉각되어, 섭씨 20도 미만, 바람직하게는 섭씨 10도 미만, 보다 바람직하게는 섭씨 0도 미만의 온도에서 제 1 사전 냉각된 천연 가스 스트림(604)을 발생한다. 종래 기술에 알려진 바와 같이, 공급 스트림(602)은 바람직하게는 수분 및 산 가스, 수은 및 다른 오염물과 같은 다른 불순물을 제거하기 위해 전처리되었다. 제 1 사전 냉각된 천연 가스 스트림(604)은 제 2 사전 냉각 열교환기(662)에서 냉각되어, 주변 온도, 천연 가스 공급 조성 및 압력에 따라 10℃ 미만, 바람직하게는 약 0℃ 미만, 보다 바람직하게는 약 -30℃ 미만의 온도에서 제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(606)을 발생한다. 제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(606)은 부분적으로 응축될 수 있다.
압축된 냉각된 CMR 스트림(644)(또한 제 2 냉매 공급 스트림으로 지칭됨)은 제 1 사전 냉각 열교환기(660)에서 냉각되어, 제 1 사전 냉각된 CMR 스트림(646)을 발생한다. 압축된 냉각된 CMR 스트림(644)은 에탄보다 가벼운 성분의 20% 초과, 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 30% 초과, 보다 바람직하게는 에탄보다 가벼운 성분의 40% 초과를 함유하고, "액화 냉매 조성"으로 지칭된다. 제 1 사전 냉각된 CMR 스트림(646)은 제 2 사전 냉각 열교환기(662)에서 냉각되어, 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(648)(또한 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림으로 지칭됨)을 발생한다.
제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(606) 및 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(648)은 액화 시스템(665)으로 보내진다. 제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림은 MCHE(664)에서 액화되고 선택적으로 과냉되어, 약 -160℃ 내지 약 -70℃, 바람직하게는 약 -150℃ 내지 약 -100℃의 온도에서 제 1 LNG 스트림(608)(청구항에서 액화된 탄화수소 스트림으로 지칭됨)을 발생한다. 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(648)은 MCHE(664)에서 바람직하게 완전히 응축되고 과냉되어, 요구된 냉매를 제공하기 위해 MCHE(664)의 쉘 측으로 다시 보내지는 팽창된 CMRL 스트림(654)을 발생하기 위해 CMRL 팽창 디바이스(653) 양단에서 압력이 하락되는 냉온 스트림을 초래한다. MCHE(664)는 단일 다발 교환기로 도시되지만, 다중 다발 또는 교환기가 사용될 수 있다. 추가로, 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(648)은 2상일 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 이를 증기 및 액체 상으로 분리하고, MCHE의 별도의 냉각 회로 및 MCHE의 팽창 디바이스를 이용하는 것이 유리할 수 있다.
따뜻한 저압 CMR 스트림(640)은 임의의 액체를 분리하기 위해 흡입 드럼(미도시)을 통해 보내진 MCHE(664)의 쉘 측의 웜 단부로부터 회수되고, 증기 스트림은 CMR 압축기(641)에서 압축되어 압축된 CMR 스트림(642)을 발생한다. 따뜻한 저압 CMR 스트림(640)은 전형적으로 WMR 사전 냉각 온도에 또는 그 근처의 온도, 바람직하게는 약 -30℃ 미만의 온도 및 10 bara(145 psia) 미만의 압력에서 회수된다. 압축된 CMR 스트림(642)은 전형적으로 주변에 대해 CMR 애프터쿨러(643)에서 냉각되어, 압축된 냉각된 CMR 스트림(644)을 발생한다. 추가 상 분리기, 압축기 및 애프터쿨러가 존재할 수 있다. 그런 후에, 압축된 냉각된 CMR 스트림(644)은 제 1 사전 냉각 열교환기(660)에 도입된다.
제 1 LNG 스트림(608)은 LNG 압력 하락 디바이스(611)를 통과시킴으로써 압력에서 하락될 수 있어 감소된 압력 LNG 스트림(603)을 발생하고, 감소된 압력 LNG 스트림(603)은 그런 후에 플래시 가스 스트림(609) 및 제 2 LNG 스트림(605)를 발생하기 위해 플래시 드럼(607)으로 보내진다. 제 2 LNG 스트림(605)은 저장 압력으로 하락될 수 있고, LNG 저장 탱크(미도시)로 보내질 수 있다. 플래시 가스 스트림(609)은 또한 저장 탱크에서 발생된 임의의 증발 가스(BOG)를 포함할 수 있다. 플래시 가스 스트림(609)은 플래시 가스 교환기(684)에서 따뜻해져서, 따뜻해진 플래시 가스 스트림(685)을 발생할 수 있다. 따뜻해진 플래시 가스 스트림(685)은 플래시 가스 압축기(686)에서 압축되어 압축된 플래시 가스 스트림(687)을 발생하고, 압축된 플래시 가스 스트림(687)은 플래시 가스 냉각기(688)에서 냉각되어 재순환 스트림(689), 및 선택적으로 설비에서 연료로서 사용되는 연료 가스 스트림(689a)을 발생한다. 재순환 스트림(689)은 전처리된 공급 스트림(602)과 혼합된다.
CMR 스트림(648a)의 부분은 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(648)과 같은 임의의 장소에서 액화 시스템(665)으로부터 제거될 수 있다. CMR 스트림(648a)의 부분은 플래시 가스 스트림(609)에 대해 냉각되어, CMR 팽창 디바이스(653)의 상류와 같은 적절한 장소에서 액화 시스템(665)으로 복귀될 수 있는 CMR 스트림(648b)의 냉각된 부분을 발생할 수 있다. WMR 스트림(616a)의 부분은 또한 플래쉬 가스 스트림(609)에 대해 냉각되어, WMR 스트림(616b)의 냉각된 부분을 발생한다.
도 6이 2개의 사전 냉각 열교환기 및 사전 냉각 회로 내의 2개의 압력 레벨을 도시하지만, 임의의 수의 사전 냉각 열교환기 및 압력 레벨이 이용될 수 있다. 사전 냉각 열교환기는 도 6에서 코일 권취 열교환기로 도시되어 있다. 그러나, 이들은 플레이트 및 핀 열교환기, 쉘 및 튜브 열교환기 또는 천연 가스를 사전 냉각하기에 적합한 임의의 다른 열교환기일 수 있다. 추가로, 열교환기는 첨가제 인쇄 제조 방법을 포함하는 임의의 방법으로 제조될 수 있다.
도 6의 2개의 사전 냉각 열교환기(660, 662)는 단일 열교환기 내의 2개의 열교환부일 수 있다. 대안적으로, 2개의 사전 냉각 열교환기는 2개의 열교환기일 수 있는데, 각각은 하나 이상의 열교환부를 갖는다.
WMR 압축기(612), CMR 압축기(641), 및/또는 플래시 가스 압축기(686)는 원심력, 축 방향, 양의 변위, 또는 임의의 다른 압축기 유형과 같은 임의의 유형의 압축기일 수 있으며, 선택적인 중간 냉각을 갖는 임의의 수의 스테이지를 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 실시예에서, 가장 따뜻한 열교환부는 제 1 사전 냉각 열교환기(660)이고, 가장 차가운 열교환부는 제 2 사전 냉각 열교환기(662)이다.
바람직한 실시예에서, 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(648)은 완전히 응축될 수 있어, 도 1의 CMR 상 분리기(150) 및 도 1의 CMRV 팽창 디바이스(155)에 대한 필요성을 제거한다. 이 실시예에서, 도 1의 메인 극저온 열교환기(164)는 2개의 따뜻한 공급 스트림, 즉 제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(606) 및 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(648)을 갖는 단일 다발 열교환기일 수 있다.
도 6의 이점은, 종래 기술에 비해 WMR 펌프(663)의 추가에 의해 사전 냉각 공정의 효율을 향상시킨다는 점이다. 제 1 WMR 증기-액체 분리 디바이스로부터 증기를 단지 압축하고 스테이지간(interstage) 액체를 노킹(knocking out)하고 이것을 별도로 펌핑함으로써, 사전 냉각 공정의 효율은 크게 증가한다.
추가적으로, 도 6에 도시된 실시예는 제 1 LNG 스트림(608)에 대한 온도가 종래 기술보다 따뜻할 수 있게 하면서, 탱크에서 제 2 LNG 스트림(605)의 동일한 온도를 여전히 제공한다. 이는 종래 기술의 경우보다 많은 양의 플래시 가스가 발생되기 때문이다. 그러므로, 액화 및 과냉 듀티는 감소되어, 설비에 대한 전체 동-력 요건이 낮아진다. 실시예는 또한 사전 냉각과 액화 시스템 사이에서 동일한 동력 분할을 허용한다.
모든 실시예(도 2 내지 도 6 및 그 변형)에서, 사전 냉각 열교환기로부터의 웜 셀 측 스트림에 존재하는 임의의 액체는 증기-액체 상 분리기로 보내져서, WMR 압축기에서 액체를 압축하기 전에 임의의 액체를 제거할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 상당한 양의 액체가 사전 냉각 열교환기로부터의 웜 셀 측 스트림에 존재하는 경우, 액체 분율은 펌핑되어, 임의의 압축 스테이지의 방출과 혼합되거나, 사전 냉각 열교환기에 도입되거나 사전 냉각 열교환기 내의 별도의 회로에 도입될 하나 이상의 액체 스트림과 혼합될 수 있다. 예를 들어, 도 5에서, 고압 WMR 스트림(518), 저압 WMR 스트림(519) 또는 중간 압력 WMR 스트림(510)에 존재하는 임의의 액체는 펌핑되어, 압축된 WMR 스트림(514) 또는 제 1 WMRL 스트림(575)과 혼합될 수 있다.
모든 실시예에서, 임의의 애프터쿨러 또는 인터쿨러는 과열 저감 장치(desuperheater) 및 응축기와 같은 다수의 개별 열교환기를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 도 2의 전처리된 부분은 또한 플래시 가스 교환기(284)에서 냉각되고 선택적으로 액화될 수 있어서, 저장 압력에서 하락되고 저장 탱크(미도시)로 보내질 수 있는 보충 LNG를 발생한다.
제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(206, 306, 406, 506)의 온도는 "사전 냉각 온도"로서 정의될 수 있다. 사전 냉각 온도는, 공급 천연 가스 스트림이 사전 냉각 시스템을 빠져 나와 액화 시스템에 들어가는 온도이다. 사전 냉각 온도는 공급 천연 가스를 사전 냉각하고 액화하기 위한 동력 요건에 영향을 준다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "사전 냉각 동력 요건"은 동작 조건의 특정 세트(공급 스트림 유량, 사전 냉각, 및 액화 냉온 종료 온도 등) 하에서 사전 냉각 냉매를 압축하는데 사용되는 압축기(212)를 동작하는데 필요한 동력을 의미한다. 유사하게, 용어 "액화 동력 요건"은 동작 조건의 특정 세트 하에서 액화 냉매를 압축하는데 사용되는 압축기(241)를 동작하는데 필요한 동력을 의미한다. 사전 냉각 동력 요건과 액화 동력 요건의 비율은 시스템에 대한 "동력 분할"로 정의된다. 도 2 내지 도 6에서 기재된 실시예들에서, 동력 분할은 0.2 내지 0.7, 바람직하게는 0.3 내지 0.6, 보다 바람직하게는 0.45 내지 0.55이다.
압축기(212)는 구동기(233)에 의해 구동되고, 압축기(241)는 구동기(235)에 의해 구동되며, 각각은 도 2에 개략적으로 도시된다. 종래 기술에 알려진 바와 같이, 시스템(200)에서의 각 압축기는 구동기가 동작하는 것을 요구한다. 도면을 단순화하기 위해, 구동기는 사전 냉각 및 액화 서브 시스템의 부분인 압축기 상에서만 도시된다. 예를 들어, 전기 모터, 항공-유도 가스 터빈, 또는 산업용 가스 터빈과 같은 종래 기술에 알려진 임의의 적합한 구동기가 사용될 수 있다.
동력 분할이 증가함에 따라, 액화 시스템에 대한 동력 요건이 감소하고, 사전 냉각 온도가 감소한다. 즉, 냉매 부하는 액화 시스템으로부터 사전 냉각 시스템으로 시프트된다. 이는 MCHE 크기 및/또는 액화 동력 이용 가능성이 제어되는 시스템에 유리하다. 동력 분할이 감소함에 따라, 액화 시스템에 대한 동력 요건은 증가하고, 사전 냉각 온도는 증가한다. 즉, 냉매 부하는 사전 냉각 시스템으로부터 액화 시스템으로 시프트된다. 이러한 장치는, 사전 냉각 교환기의 크기, 개수 또는 사전 냉각 동력 이용 가능성이 제한되는 시스템에 유리하다. 동력 분할은 전형적으로 특정 천연 가스 액화 설비를 위해 선택된 구동기의 유형, 수량 및 용량에 의해 결정된다. 예를 들어, 짝수의 구동기가 이용가능한 경우, 약 0.5의 동력 분할에서 동작하여, 동력 부하를 사전 냉각 열교환기로 시프트하고, 사전 냉각 온도를 낮추는 것이 바람직할 수 있다. 홀수의 구동기가 이용가능한 경우, 동력 분할은 0.3 내지 0.5일 수 있으며, 냉매 부하를 액화 시스템으로 시프트하고 사전 냉각 온도를 상승시킬 수 있다.
모든 실시예들의 핵심적인 이점은, 이용가능한 구동기의 수, 양, 유형, 열교환기의 수, 열교환기의 설계 기준, 압축기 제한, 및 다른 프로젝트-특정 요건과 같은 다양한 인자들에 기초하여 동력 분할, 사전 냉각 열교환기들의 수, 압축 스테이지, 압력 레벨 및 사전 냉각 온도의 최적화를 허용한다는 것이다.
기재된 모든 실시예에 있어서, 임의의 수의 압력 레벨은 사전 냉각 및 액화 시스템에 존재할 수 있다. 추가로, 냉동 시스템은 개방 또는 폐루프일 수 있다.
예
다음은 예시적인 실시예의 동작의 예이다. 예시적인 프로세스 및 데이터는 LNG의 연간 약 7,5백만 메트릭 톤을 발생하고 특히 도 2에 도시된 실시예를 언급하는 LNG 플랜트에서 2개의 압력 사전 냉각 회로 및 단일 압력 액화 회로를 갖는 DMR 프로세스의 시뮬레이션에 기초한다. 이 예의 설명을 간단하게하기 위해, 도 2에 도시된 실시예와 관련하여 기재된 요소 및 참조 번호가 사용될 것이다.
91 bar(1320 psia), 24℃(75 ℉) 및 56,000 kgmoles/hr의 유량에서 전처리된 천연 가스 공급 스트림(202)은 91 bara(1320 psia), 22℃(72℉) 및 5760 kgmoles/hr의 유량에서 재순환 스트림(289)과 혼합되어, 혼합된 공급 가스 스트림을 발생하고, 혼합된 공급 가스 스트림은 제 1 사전 냉각 열교환기(260)에서 냉각되어, -22℃(-8℉)에서 제 1 사전 냉각된 천연 가스 스트림(204)을 발생하고, 제 1 사전 냉각된 천연 가스 스트림(204)은 -62℃(-80℉)에서 제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(206)을 발생하기 위해 제 2 사전 냉각 열교환기(262)에서 냉각된다.
3 bara(44 psia), -65℃(-85℉)에서의 따뜻한 저압 CMR 스트림(혼합 공급 스트림)(201)은 다중 스테이지에서 압축되고 냉각되어, 61 bara(891 psia) 및 25℃(77℉)에서 압축 냉각된 CMR 스트림(244)을 발생하고, 압축 냉각된 CMR 스트림(244)은 -22℃(-8℉)에서 제 1 사전 냉각된 CMR 스트림(246)을 발생하기 위해 제 1 사전 냉각 열교환기(260)에서 냉각된다. 압축된 냉각된 CMR 스트림(244)은 에탄보다 가벼운 성분의 55 % 및 95%의 에탄 및 더 가벼운 성분을 포함한다. 그런 다음, 이것은 제 2 사전 냉각 열교환기(262)에서 냉각되고 완전히 응축되어, -62℃(-80℉)에서 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(248)을 발생한다. 제 2 사전 냉각된 CMR 스트림(248)의 9 몰%는 -156℃(-249℉)에서 CMR 스트림(248b)의 냉각된 부분을 발생하기 위해 플래시 가스 교환기(284)에서 냉각될 CMR 스트림(248a)의 부분으로서 제거되고, CML 팽창 디바이스에서 압력이 하락되고, MCHE(264)의 쉘에 도입된다.
제 2 사전 냉각된 천연 가스 스트림(206)은 -140℃(-220℉)의 온도에서 제 1 LNG 스트림(208)(청구항에서 액화된 탄화수소 스트림으로 지칭됨)을 발생하기 위해 MCHE(264)에서 액화되고 선택적으로 과냉된다. 제 1 LNG 스트림(208)은 -159℃(-254℉) 및 1.2 bara(18 psia)에서 감소된 압력 LNG 스트림(203)을 발생하기 위해 LNG 압력 하락 디바이스(211)를 통과시킴으로써 압력에서 하락되고, 감소된 압력 LNG 스트림(203)은 그런 후에 플래시 드럼(207)으로 보내져서, 7,000 kgmoles/hr의 플래쉬 가스 스트림(209) 및 제 2 LNG 스트림(205)을 발생한다. 플래쉬 가스 스트림(209)은 감소된 압력 LNG 스트림(203)의 11 몰%이다. 제 2 LNG 스트림(205)은 저장 압력으로 하락되고, LNG 저장 탱크로 보내진다.
플래시 가스 스트림(209)은 플래시 가스 교환기(284)에서 따뜻해져서, -3℃(-27℉)에서 따뜻해진 플래시 가스 스트림(285)을 발생한다. 그런 후, 따뜻해진 플래시 가스 스트림(285)은 52℃(126℉) 및 92 bara(1327 psia)에서 압축된 플래시 가스 스트림(287)을 발생하기 위해 플래시 가스 압축기(286)에서 압축되고, 압축된 플래시 가스 스트림(287)은 플래시 가스 냉각기(288)에서 냉각되어, 재순환 스트림(289), 및 설비에서 연료로서 사용되는 연료 가스 스트림(289a)을 발생한다. 연료 가스 스트림(289a)은 플래시 가스 스트림(209)의 16 몰%이다.
3.8 bar(56 psia), -25℃(-13℉), 및 33,000 kgmole/hr에서의 저압 WMR 스트림(210)(또한 증발된 제 1 냉매 스트림으로 지칭됨)은 제 2 사전 냉각 열교환기(262)의 쉘 측의 웜 단부로부터 회수되고, WMR 압축기(212)의 제 1 압축 스테이지(212A)에서 압축된다. 7 bara(108 psia), 17℃(62℉) 및 42,125 kgmole/hr에서 중간 압력 WMR 스트림(또한 중간 압력 제 1 냉매 스트림으로 지칭됨)은 제 1 사전 냉각 열교환기(260)의 셸 측면의 웜 단부로부터 회수되고, 측면 스트림으로서 WMR 압축기(212)에 도입되고, 여기서 이것은 제 1 압축 스테이지(212A)로부터 압축된 스트림(미도시)과 혼합된다. 혼합된 스트림(미도시)은 WMR 압축기(212)의 제 2 WMR 압축 스테이지(212B)에서 압축되어, 26 bara(372 psia) 및 79℃(175℉)에서 고-고 압력 WMR 스트림(270)(또한 고-고 압력 제 1 냉매 스트림으로 지칭됨)을 발생한다.
고-고 압력 WMR 스트림(270)은 WMR 압축기(212)로부터 회수되고, 고-고 압력 WMR 인터쿨러(271)에서 냉각 및 부분적으로 응축되어, 25 bara(363 psia), 25℃(77℉), 및 0.44의 증기 분율에서 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(272)을 발생한다. 냉각된 고-고 압력 WMR 스트림(272)은 제 1 WMR 증기 스트림(274) 및 제 1 WMRL 스트림(275)을 발생하기 위해 제 1 WMR 증기-액체 분리 디바이스(273)에서 상 분리된다. 제 1 WMRL 스트림(275)은 56%의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소를 함유하는 한편, 제 1 WMRV 스트림(274)은 80%의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소를 함유한다. 제 1 WMR 스트림(275)은 튜브 회로에서 냉각될 제 1 사전 냉각 열교환기(260)에 도입되어, 제 1 WMR 팽창 디바이스(226)에서 팽창된 -22℃(-8℉)에서 제 1의 추가 냉각된 WMR 스트림(236)을 발생하여, 냉동 듀티를 제공하는 8 bar(115 psia) 및 -25℃(-13℉)에서 제 1 팽창된 WMR 스트림(228)을 발생한다.
제 1 WMRV 스트림(274)은 41 bar(598 psia) 및 48℃(119 ℉)에서 압축된 WMR 스트림(214)을 발생하기 위해 제 3 WMR 압축 스테이지(212C)에서 압축될 WMR 압축기(212)에 도입된다. 압축 WMR 스트림(214)은 WMR 애프터쿨러 (215)에서 냉각되고 바람직하게 응축되어, 25℃(77 ℉)에서 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(216)을 발생하고, 이는 튜브 회로에서 추가로 냉각될 제 1 사전 냉각 열교환기(260)에 도입되어, -22℃(-8℉)에서 제 1 사전 냉각된 WMR 스트림(217)을 발생한다. 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(216)의 5 몰%는 WMR 스트림(216a)의 부분으로서 사전 냉각 시스템으로부터 제거되고, 플래시 가스 교환기(284)에서 냉각되어, -63℃(-81℉)에서 WMR 스트림(216b)의 냉각된 부분을 발생한다. 제 1 WMRL 스트림(275)은 제 1 냉각된 압축 WMR 스트림(216)보다 16 bara 낮은 압력에 있다.
제 1 사전 냉각된 WMR 스트림(217)은 -62℃(-80 ℉)에서 제 2 추가 냉각된 WMR 스트림(237)을 발생하기 위해 튜브 회로에서 추가로 냉각될 제 2 사전 냉각 열교환기(262)에 도입된다. 제 2 추가 냉각된 WMR 스트림(237)은 제 2 WMR 팽창 디바이스(230)에서 팽창되어, 3 bara(47 psia) 및 -57℃(-70℉)에서 제 2 팽창된 WMR 스트림(232)을 발생하고, 제 2 팽창된 WMR 스트림(232)은 냉동 듀티를 제공하기 위해 제 2 사전 냉각 열교환기(262)의 쉘 측에 도입된다.
이 예에서, 동력 분할은 0.52이다. 이 실시예는 도 1에 대응하는 것보다 약 7% 높은 공정 효율 및 도 1보다 약 18℃ 낮은 사전 냉각 온도를 갖는다. 그러므로, 이 예는 본 명세서에 기재된 실시예가 설비의 효율 및 전체 용량을 향상하기 위한 효율적인 방법 및 시스템을 제공함을 입증한다.

Claims (20)

  1. 방법으로서,
    (a) 사전 냉각된 탄화수소 스트림, 적어도 부분적으로 응축되는 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림, 및 복수의 증발된 제 1 냉매 스트림을 발생하기 위해 사전 냉각 서브 시스템의 복수의 열교환부들 각각에서 제 1 혼합된 냉매에 대한 간접 열교환에 의해 탄화수소 유체를 포함하는 탄화수소 공급 스트림, 제 2 혼합된 냉매를 포함하는 제 2 냉매 공급 스트림, 및 제 1 혼합된 냉매를 포함하는 적어도 하나의 제 1 냉매 스트림을 냉각하는 단계로서, 상기 사전 냉각 서브 시스템은 상기 복수의 열교환부들 및 압축 서브 시스템을 포함하는 것인 냉각 단계;
    (b) 제 1 입구 스트림을 제 1 입구 압력에서 제 1 사전 냉각 열교환부에 공급하고, 제 2 입구 스트림을 상기 제 1 입구 압력보다 높은 제 2 입구 압력에서 제 1 사전 냉각 열교환부에 공급하는 단계로서, 상기 각 제 1 및 제 2 입구 스트림들은 상기 제 1 혼합된 냉매를 포함하고, 상기 제 1 혼합된 냉매는 상기 제 1 입구 스트림에서의 제 1 입구 조성 및 상기 제 2 입구 스트림에서의 제 2 입구 조성을 갖고, 상기 제 1 입구 조성은 상기 제 2 입구 조성과 상이한 것인 공급 단계;
    (c) 제 1 출구 압력 및 제 1 출구 조성에서 상기 제 1 사전 냉각 열교환부로부터 제 1 증발된 제 1 냉매 스트림을 회수하고, 상기 제 1 출구 압력보다 낮은 제 2 출구 압력 및 제 2 출구 조성에서 제 2 사전 냉각 열교환부로부터 제 2 증발된 제 1 냉매 스트림을 회수하는 단계로서, 상기 각 제 1 및 제 2 증발된 제 1 냉매 스트림들은 상기 복수의 증발된 제 1 냉매 스트림들 중 하나를 포함하는 것인 회수 단계;
    (d) 제 1 액화된 탄화수소 온도에서 제 1 액화된 탄화수소 스트림을 발생하기 위해 상기 제 2 혼합된 냉매에 대한 간접 열교환에 의해 메인 열교환기에서 상기 사전 냉각된 탄화수소 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 단계로서, 상기 제 2 냉매는 상기 제 1 입구 조성, 상기 제 2 입구 조성, 상기 제 1 출구 조성, 및 상기 제 2 출구 조성과 상이한 제 2 냉매 조성을 갖는 것인 액화 단계;
    (e) 감소된 압력 제 1 액화된 탄화수소 스트림을 형성하기 위해 상기 제 1 액화된 탄화수소 스트림을 팽창하는 단계;
    (f) 상기 제 1 액화된 탄화수소 온도보다 낮은 제 2 액화된 탄화수소 온도에서 상기 감소된 압력 제 1 액화된 탄화수소 스트림을 플래시 가스 스트림 및 제 2 액화된 탄화수소 스트림으로 분리하는 단계;
    (g) 재순환 스트림을 형성하기 위해 적어도 하나의 플래시 워밍(warming) 스트림에 대한 간접 열교환에 의해 상기 플래시 가스 스트림의 적어도 일부를 워밍하는 단계; 및
    (h) 단계 (a)를 수행하기 전에 상기 재순환 스트림의 적어도 제 1 부분을 상기 탄화수소 공급 스트림과 조합하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제 2 입구 압력은 상기 제 1 입구 압력보다 적어도 5 bara 높은 것인 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 입구 조성은 75 몰% 미만의 에탄 및 더 가벼운 탄화수소들을 갖고, 상기 제 2 입구 조성은 40 몰% 초과 에탄 및 더 가벼운 탄화수소들을 갖는 것인 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제 2 출구 압력은 상기 제 1 출구 압력보다 적어도 2 bara 낮은 것인 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    (i) 단계(g)를 수행한 후 및 단계(h)를 수행하기 전에 상기 재순환 스트림을 압축 및 냉각하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 단계(f)는
    (f) 상기 제 1 액화된 탄화수소 온도보다 낮은 제 2 액화된 탄화수소 온도에서 상기 감소된 압력 제 1 액화된 탄화수소 스트림을 플래시 가스 스트림 및 제 2 액화된 탄화수소 스트림으로 분리하는 단계로서, 상기 감소된 압력 제 1 액화된 탄화수소 스트림은 제 1 흐름율을 갖고, 상기 플래시 가스 스트림은 제 1 흐름율의 30% 미만인 제 2 흐름율을 갖는 것인 분리 단계
    를 포함하는 것인 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    (j) 액화 동력 요건에 대한 사전 냉각 동력 요건의 제 1 원하는 비율을 달성하기 위해, (1) 상기 사전 냉각된 탄화수소 온도, (2) 상기 제 1 액화된 탄화수소 온도, 및 (3) 상기 플래시 가스 스트림 흐름율의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 파라미터를 조정하는 단계로서, 상기 제 1 원하는 비율은 0.2 내지 0.7인 것인 조정 단계
    를 더 포함하는 방법.
  8. 사전 냉각 서브 시스템의 복수의 열교환부들 각각에서 제 1 냉매와의 간접 열교환에 의해 탄화수소 유체를 포함하는 탄화수소 공급 스트림 및 제 2 냉매를 포함하는 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하고, 메인 열교환기에서 탄화수소 공급 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 방법으로서, 상기 사전 냉각 서브 시스템은 상기 복수의 열교환부들 및 압축 서브 시스템을 포함하는 것인, 탄화수소 공급 스트림 및 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하고, 탄화수소 공급 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 탄화수소 공급 스트림 및 상기 제 2 냉매 공급 스트림을 상기 복수의 열교환부들 중 가장 따뜻한 열교환부에 도입하는 단계;
    (b) 사전 냉각된 탄화수소 스트림 및 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림을 발생하기 위해 상기 복수의 열교환부들 각각에서 상기 탄화수소 공급 스트림 및 상기 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하는 단계로서, 상기 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림은 적어도 부분적으로 응축되는 것인 냉각 단계;
    (c) 제 1 액화된 탄화수소 스트림 및 냉각된 제 2 냉매 스트림을 발생하기 위해, 상기 제 2 냉매에 대해 상기 메인 열교환기에서 상기 사전 냉각된 탄화수소 스트림 및 상기 사전 냉각된 제2 냉매 스트림을 추가로 냉각하고 적어도 부분적으로 액화하는 단계;
    (d) 상기 복수의 열교환부들의 가장 차가운 열교환부로부터 저압 제 1 냉매 스트림을 회수하고, 상기 압축 서브 시스템의 적어도 하나의 압축 스테이지에서 상기 저압 제 1 냉매 스트림을 압축하는 단계;
    (e) 상기 복수의 열교환부들 중 제 1 열교환부로부터 중간 압력 제 1 냉매 스트림을 회수하는 단계로서, 상기 제 1 열교환부는 상기 가장 차가운 열교환부보다 따뜻한 것인 회수 단계;
    (f) 단계(d) 및 (e)가 수행된 후에, 조합된 제 1 냉매 스트림을 발생하기 위해 상기 저압 제 1 냉매 스트림과 상기 중간 압력 제 1 냉매 스트림을 조합하는 단계;
    (g) 상기 압축 서브 시스템으로부터 고-고 압력 제 1 냉매 스트림을 회수하는 단계;
    (h) 냉각된 고-고 압력 제 1 냉매 스트림을 발생하기 위해, 적어도 하나의 냉각 유닛에서 상기 고-고 압력 제 1 냉매 스트림을 냉각하고 적어도 부분적으로 응축하는 단계;
    (i) 제 1 증기 냉매 스트림 및 제 1 액체 냉매 스트림을 발생하기 위해 상기 냉각된 고-고 압력 제 1 냉매 스트림을 제 1 증기-액체 분리 디바이스에 도입하는 단계;
    (j) 상기 제 1 액체 냉매 스트림을 상기 복수의 열교환부들 중 상기 가장 따뜻한 열교환부에 도입하는 단계;
    (k) 제 1 냉각된 액체 냉매 스트림을 발생하기 위해 상기 복수의 열교환부들 중 상기 가장 따뜻한 열교환부에서 상기 제 1 액체 냉매 스트림을 냉각하는 단계;
    (l) 제 1 팽창된 냉매 스트림을 발생하기 위해 상기 제 1 냉각된 액체 냉매 스트림의 적어도 일부를 팽창하는 단계;
    (m) 단계(b)의 냉각의 제 1 부분을 제공하는 냉동 듀티를 제공하기 위해 상기 제 1 팽창된 냉매 스트림을 상기 가장 따뜻한 열교환부에 도입하는 단계;
    (n) 적어도 하나의 압축 스테이지에서 단계(i)의 상기 제 1 증기 냉매 스트림의 적어도 일부를 압축하는 단계;
    (o) 응축된 제 1 냉매 스트림을 발생하기 위해 적어도 하나의 냉각 유닛에서 압축된 제 1 냉매 스트림을 냉각하고 응축하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 냉각 유닛은 단계(n)의 상기 적어도 하나의 압축 스테이지로부터 하류에 있고, 상기 적어도 하나의 압축 스테이지와 유체 흐름 왕래하는 것인 냉각 및 응축 단계;
    (p) 상기 응축된 제 1 냉매 스트림을 상기 복수의 열교환부들 중 상기 가장 따뜻한 열교환부에 도입하는 단계;
    (q) 제 1 냉각된 응축된 냉매 스트림을 발생하기 위해 상기 제 1 열교환부 및 상기 가장 차가운 열교환부에서 상기 응축된 제 1 냉매 스트림을 냉각하는 단계;
    (r) 제 2 팽창된 냉매 스트림을 발생하기 위해 상기 제 1 냉각된 응축된 냉매 스트림을 팽창하는 단계;
    (s) 단계(b)의 냉각의 제 2 부분을 제공하는 냉동 듀티를 제공하기 위해, 상기 제 2 팽창된 냉매 스트림을 상기 가장 차가운 열교환부에 도입하는 단계;
    (t) 감소된 압력 제 1 액화된 탄화수소 스트림을 형성하기 위해 상기 제 1 액화된 탄화수소 스트림을 팽창하는 단계;
    (u) 상기 감소된 압력 제 1 액화된 탄화수소 스트림을 플래시 가스 스트림 및 제 2 액화된 탄화수소 스트림으로 분리하는 단계;
    (v) 재순환 스트림을 형성하기 위해 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림에 대한 간접 열교환에 의해 상기 플래시 가스 스트림의 적어도 일부를 워밍하는 단계; 및
    (w) 단계(a)를 수행하기 전에 상기 재순환 스트림의 적어도 제 1 부분을 상기 탄화수소 공급 스트림과 조합하는 단계
    를 포함하는, 탄화수소 공급 스트림 및 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하고, 탄화수소 공급 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림은 단계(b) 이후에 완전히 응축되는 것인, 탄화수소 공급 스트림 및 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하고, 탄화수소 공급 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    (x) 단계(g) 이전에 상기 압축 서브 시스템으로부터 제 1 중간 냉매 스트림을 회수하는 단계; 및
    (y) 냉각된 제 1 중간 냉매 스트림을 발생하기 위해 상기 제 1 중간 냉매 스트림을 적어도 하나의 냉각 유닛에서 냉각하고, 단계(g) 이전에 상기 냉각된 제 1 중간 냉매 스트림을 상기 압축 서브 시스템에 도입하는 단계
    를 더 포함하는, 탄화수소 공급 스트림 및 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하고, 탄화수소 공급 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    (x) 상기 복수의 열교환부들 중 상기 가장 따뜻한 열교환부로부터 고압 제 1 냉매 스트림을 회수하는 단계; 및
    (y) 단계(g) 이전에 상기 고압 제 1 냉매 스트림을 상기 압축 서브 시스템에 도입하는 단계
    를 더 포함하는, 탄화수소 공급 스트림 및 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하고, 탄화수소 공급 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    (x) 상기 복수의 열교환부들 중 상기 가장 따뜻한 열교환부로부터 고압 제 1 냉매 스트림을 회수하는 단계; 및
    (y) 조합된 제 1 중간 냉매 스트림을 발생하기 위해 상기 고압 제 1 냉매 스트림을 냉각된 상기 제 1 중간 냉매 스트림과 조합하고, 단계(g) 이전에 상기 조합된 제 1 중간 냉매 스트림을 상기 압축 서브 시스템에 도입하는 단계
    를 더 포함하는, 탄화수소 공급 스트림 및 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하고, 탄화수소 공급 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 방법.
  13. 청구항 8에 있어서, 단계(n)은:
    (n) 상기 압축 서브 시스템으로부터 제 2 중간 냉매 스트림을 회수하고, 냉각된 제 2 중간 냉매 스트림을 발생하기 위해 적어도 하나의 냉각 유닛에서 상기 제 2 중간 냉매 스트림을 냉각하는 단계
    를 더 포함하는 것인, 탄화수소 공급 스트림 및 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하고, 탄화수소 공급 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    (x) 제 2 증기 냉매 스트림 및 제 2 액체 냉매 스트림을 발생하기 위해 상기 냉각된 제 2 중간 냉매 스트림을 제 2 증기-액체 분리 디바이스에 도입하는 단계;
    (y) 상기 제 2 액체 냉매 스트림을 상기 복수의 열교환부들 중 상기 가장 따뜻한 열교환부에 도입하는 단계; 및
    (z) 단계(o)의 상기 압축된 제 1 냉매 스트림을 발생하기 전에 상기 압축 서브 시스템의 적어도 하나의 압축 스테이지에서 상기 제 2 증기 냉매 스트림을 압축하는 단계
    를 더 포함하는, 탄화수소 공급 스트림 및 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하고, 탄화수소 공급 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 방법.
  15. 청구항 8에 있어서,
    (x) 단계(v) 이후 및 단계(w) 이전에, 상기 재순환 스트림을 압축 및 냉각하는 단계
    를 더 포함하는, 탄화수소 공급 스트림 및 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하고, 탄화수소 공급 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 방법.
  16. 청구항 8에 있어서,
    (v) 재순환 스트림 및 적어도 하나의 냉각된 플래시 워밍 스트림을 형성하기 위해, 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림에 대한 간접 열교환에 의해 상기 플래시 가스 스트림을 워밍하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림은 상기 사전 냉각 서브 시스템 및 상기 압축 서브 시스템의 그룹으로부터 선택된 하나로부터 회수된 적어도 하나의 스트림을 포함하는 것인 워밍 단계
    를 더 포함하는, 탄화수소 공급 스트림 및 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하고, 탄화수소 공급 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 방법.
  17. 청구항 8에 있어서, 단계(v)는
    (v) 재순환 스트림 및 적어도 하나의 냉각된 플래시 워밍 스트림을 형성하기 위해 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림에 대한 간접 열교환에 의해 상기 플래시 가스 스트림을 워밍하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림은 상기 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림의 제 1 부분을 포함하고, 상기 적어도 하나의 냉각된 플래시 워밍 스트림은 상기 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림의 냉각된 제 1 부분을 포함하는 것인 워밍 단계
    를 더 포함하는 것인, 탄화수소 공급 스트림 및 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하고, 탄화수소 공급 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    (x) 팽창된 제 2 냉매 스트림을 형성하기 위해 상기 냉각된 제 2 냉매 스트림을 팽창하는 단계;
    (y) 단계(c) 동안 냉동 듀티를 제공하기 위해 상기 팽창된 제 2 냉매 스트림을 상기 메인 열교환기에 도입하는 단계; 및
    (z) 단계(x)를 수행하기 전에 상기 사전 냉각된 제 2 냉매 스트림의 상기 냉각된 제 1 부분을 상기 냉각된 제 2 냉매 스트림과 조합하는 단계
    를 더 포함하는, 탄화수소 공급 스트림 및 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하고, 탄화수소 공급 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 방법.
  19. 청구항 8에 있어서, 단계(v)는
    (v) 재순환 스트림 및 적어도 하나의 냉각된 플래시 워밍 스트림을 형성하기 위해 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림에 대한 간접 열교환에 의해 상기 플래시 가스 스트림을 워밍하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 플래시 워밍 스트림은 상기 응축된 제 1 냉매 스트림의 제 1 부분을 포함하고, 상기 적어도 하나의 냉각된 플래시 워밍 스트림은 상기 응축된 제1 냉매 스트림의 냉각된 제 1 부분을 포함하는 것인 워밍 단계
    를 더 포함하는 것인, 탄화수소 공급 스트림 및 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하고, 탄화수소 공급 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    (x) 단계(r)를 수행하기 전에, 상기 응축된 냉매 스트림의 상기 냉각된 제 1 부분을 상기 제 1 냉각된 응축된 냉매 스트림과 조합하는 단계
    를 더 포함하는, 탄화수소 공급 스트림 및 제 2 냉매 공급 스트림을 냉각하고, 탄화수소 공급 스트림을 적어도 부분적으로 액화하는 방법.
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