KR102367522B1 - 액화 전 희박 천연 가스로부터의 중질 탄화수소 제거를 위한 공정 및 장비 - Google Patents

액화 전 희박 천연 가스로부터의 중질 탄화수소 제거를 위한 공정 및 장비 Download PDF

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Abstract

혼합된 공급물 가스 스트림으로부터 벤젠 화합물을 포함하는 고 동결점 탄화수소를 제거하기 위한 공정이 본원에 기재된다. 상기 공정은 하나 이상의 열교환기에서 공정 스트림을 냉각하고 다중 분리기에서 응축된 화합물을 분리하여 메탄-농후 생성물 가스 스트림을 형성하는 것을 포함한다. 분별 트레인으로부터 선택된 용매 스트림 및/또는 개별적인 용매 스트림이 고 동결점 탄화수소를 함유하는 하나 이상의 스트림의 동결점을 낮추기 위하여 이용된다. 상응하는 시스템이 또한 개시된다.

Description

액화 전 희박 천연 가스로부터의 중질 탄화수소 제거를 위한 공정 및 장비 {PROCESS AND APPARATUS FOR HEAVY HYDROCARBON REMOVAL FROM LEAN NATURAL GAS BEFORE LIQUEFACTION}
관련 출원
본 출원은 2014년 3월 14일 자 출원의 U.S. 가출원 제61/953,355호를 우선권으로 주장한다.
배경
천연 가스 액화 플랜트에서의 동결을 방지하기 위하여 고 동결점 성분의 제거가 요구된다. 액화 플랜트에 대한 공급물 가스의 예시적인 규격은 1 부피 백만분율(parts per million by volume, ppmv) 미만의 벤젠 및 0.05 몰% 미만의 펜탄 및 더 중질인 (C5+) 성분을 포함한다. 고 동결점 탄화수소 성분 제거 설비는 전형적으로, 수은, 산성 가스, 가령 CO2 및 H2S, 및 물을 제거하기 위한 전처리 설비의 하류에 위치한다.
고 동결점 탄화수소의 제거를 위한 단순하고 통상적인 LNG 공급물 가스 전처리용 시스템은 입구 가스 냉각기, 응축된 액체의 제거를 위한 제1 분리기, 제1 분리기로부터의 증기를 더욱 냉각하기 위한 팽창기 (또는 줄-톰슨 밸브 또는 냉장 장비), 추가적인 응축된 액체의 제거를 위한 제2 분리기, 및 제2 분리기로부터의 저온 증기 가열을 위한 재가열기의 이용을 포함한다. 재가열기 및 입구 가스 냉각기는 전형적으로 단일 열교환기를 구성할 것이다. 제1 및 제2 분리기로부터의 액체 스트림은 공급물 가스의 벤젠 및 C5+ 성분과 함께, 마찬가지로 응축된 공급물 가스 중의 더 경질인 탄화수소의 일부를 함유할 것이다. 이들 액체 스트림은 입구 가스와의 열교환에 의하여 재가열될 수 있다. 이들 액체 스트림은 또한, 동결 없이 LNG 플랜트로 보내질 수 있는 성분으로부터 고 동결점 성분을 응축시키기 위하여 추가로 분리될 수 있다.
현존하는 LNG 설비에 보내지는 공급물 가스 조성은 시간 경과에 따라 변할 수 있다. 액체 회수 플랜트가 정제소로의 공급을 위한 C5+ 응축물 제거를 위하여 또는 국소적 가열 요구 또는 화학 플랜트 공급원료를 위한 프로판 및 부탄 제거를 위하여 LNG 설비 상류의 파이프라인에 설치될 수 있다. 추가적인 가스전이 가동될 수 있거나, 다양한 가스전으로부터의 가스의 혼합물이 변할 수 있다. 다양한 상황이 더 높은 농도의 벤젠을 함유하는 LNG 설비 공급물 가스를 유발할 수 있다.
현존하는 LNG 플랜트로의 공급물 가스가 예상했던 것보다 더 많은 벤젠을 함유하도록 변하는 상황에서, 고 동결점 탄화수소 제거 플랜트는 액화 플랜트에서의 동결을 방지하기 위하여 요구되는 벤젠 제거를 충족시킬 수 없을 것이다. 추가적으로, 고 동결점 성분 제거 플랜트 안의 특정 위치가 벤젠 증가로 인하여 동결될 수 있다. LNG 설비는 더 높은 벤젠 농도를 가지는 가스의 공급원을 더 이상 수용하지 않음에 의하여 생산을 감소시켜야 하거나, 벤젠 농도가 감소될 수 없을 경우 생산을 완전히 중단해야 할 수 있다. 이들 문제를 극복하는 공정 및 시스템을 개발하는 것이 유용할 것이다.
요약
본원에 기재된 제1 구체예는 혼합된 공급물 가스 스트림으로부터 벤젠 화합물을 포함하는 고 동결점 탄화수소를 제거하기 위한 공정을 포함한다. 상기 공정은 혼합된 공급물 가스 스트림을 제1 열교환기에서 냉각하여 C3, C4 및 C5 성분 및 고 동결점 탄화수소의 적어도 일부를 응축시키는 단계, 응축된 C3, C4, C5 성분 및 고 동결점 탄화수소를 제1 분리기에서 분리하여 제1 액체 스트림 및 제1 가스 스트림을 형성하는 단계, 제1 가스 스트림을 제2 열교환기에서 냉각하여 제1 가스 스트림의 적어도 일부를 응축시키는 단계, 및 제1 가스 스트림의 응축된 부분을 제2 분리기에서 분리하여 탑정 스트림으로서 메탄-농후 제2 가스 스트림 및 제2 액체 스트림을 형성하는 단계를 포함한다. 제1 및 제2 액체 스트림은 이후 제1 분별기에 공급되고, 메탄 가스는 탑정 스트림에서 제거되고, 제3 액체 스트림은 탑저 스트림으로서 제거된다. 상기 공정은 제2 분리기의 탑정 하류에서 메탄-농후 생성물 가스 스트림을 제거하는 단계, 제3 액체 스트림을 분별 트레인에서 분별하여 C3 및 성분 및 C4 성분 중 적어도 하나를 포함하는 재순환 스트림, 및 고 동결점 탄화수소 스트림을 획득하는 단계, 및 재순환 스트림이 주입되는 위치에서 스트림의 동결점을 낮추기 위하여 C3 성분 및 C4 성분 중 적어도 하나를 포함하는 재순환 스트림을 제1 분별기 상류의 위치에서 공정에 공급하는 단계를 추가로 포함한다.
또 다른 구체예는 혼합된 공급물 가스 스트림으로부터 벤젠 화합물을 포함하는 고 동결점 탄화수소를 제거하기 위한 공정이고, 이는 혼합된 공급물 가스 스트림을 제1 열교환기에서 냉각하여 C3, C4 및 C5 성분 및 고 동결점 탄화수소의 적어도 일부를 응축시키는 단계, 응축된 C3, C4, C5 성분 및 고 동결점 탄화수소를 제1 분리기에서 분리하여 제1 액체 스트림 및 제1 가스 스트림이 형성되는 단계, 제1 가스 스트림을 제2 열교환기에서 냉각하여 제1 가스 스트림의 적어도 일부를 응축시키는 단계, 및 제1 가스 스트림의 응축된 부분을 제2 분리기에서 분리하여 탑정 스트림으로서 메탄-농후 제2 가스 스트림 및 제2 액체 스트림이 형성되는 단계를 포함한다. 상기 공정은 제1 및 제2 액체 스트림을 제1 분별기에 공급하고, 탑정 스트림 및 탑저 스트림으로서 제3 액체 스트림 중의 메탄 가스를 제거하는 단계, 제2 분리기의 탑정 하류에서 메탄-농후 생성물 가스 스트림을 제거하는 단계, 제3 액체 스트림을 분별 트레인에서 분별하여 탄화수소 생성물 스트림을 획득하는 단계, 및 용매 스트림이 주입되는 위치에서 스트림의 동결점을 낮추기 위하여 C3 성분 및 C4 성분 중 적어도 하나를 포함하는 용매 스트림을 제1 분별기 상류의 위치에서 공정에 공급하여 이용될 공정 온도를 낮출 수 있는 단계를 또한 포함한다.
또 다른 구체예는 벤젠 성분을 제거하기 위한, 메탄 및 벤젠 성분을 함유하는 혼합된 공급물 가스 스트림 전처리용 시스템이고, 상기 시스템은 혼합된 공급물 가스를 부분적으로 응축시키기 위한 제1 열교환기, 제1 메탄-함유 가스 스트림으로부터 C3+ 성분을 함유하는 제1 액체 탄화수소 스트림을 형성하기 위하여 혼합된 공급물 가스를 분리하도록 구성된 제1 분리기, 제1 메탄-농후 가스 스트림을 적어도 부분적으로 응축시키도록 구성된 제2 열교환기, 제2 액체 탄화수소 스트림으로부터 제2 메탄-함유 가스 스트림을 분리하도록 구성된 제2 분리기, 제1 액체 탄화수소 스트림 및 제2 액체 탄화수소 스트림으로부터 메탄을 제거하도록 구성된 분별기, 및 C3 성분 및 C4 성분 중 적어도 하나를 포함하는 용매 스트림을 시스템에 공급하도록 구성된 용매 입구를 포함한다. 용매 입구는 제1 또는 제2 분리기 상류, 또는 제2 분리기 하류 및 분별기 상류에 위치한다.
또 다른 구체예는 혼합된 탄화수소 공급물 가스 스트림으로부터 벤젠 화합물을 포함하는 고 동결점 탄화수소를 제거하기 위한 공정이고, 이는 혼합된 공급물 가스 스트림을 제1 열교환기에서 냉각하여 C3, C4 및 C5 성분 및 고 동결점 탄화수소의 적어도 일부를 응축시키는 단계, 응축된 C3, C4, C5 성분 및 고 동결점 탄화수소를 제1 분리기에서 분리하여 제1 액체 스트림 및 제1 가스 스트림을 형성하는 단계, 제1 가스 스트림을 제2 열교환기에서 냉각하거나 제1 가스 스트림의 압력을 감소시켜 제1 가스 스트림을 부분적으로 응축시키는 단계, 및 제1 가스 스트림의 응축된 부분을 제2 분리기에서 분리하여 메탄-농후 제2 가스 스트림 및 제2 액체 스트림을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 공정은 제2 분리기의 탑정 하류에서 메탄-농후 생성물 가스 스트림을 제거하는 단계, 제1 액체 스트림을 분별 트레인에 공급하고, 제1 액체 스트림을 분별하여 탄화수소 생성물 스트림 및 벤젠 성분을 포함하는 고 동결점 탄화수소 스트림을 획득하는 단계, 및 제2 액체 스트림의 적어도 일부를 인출하고, 인출된 부분의 압력을 증가시키고, 인출되고 압축된 부분의 적어도 일부를 제1 분리기 상류, 또는 제1 분리기의 위치에서 공정에 재순환시켜 공정 스트림 및 공정 성분의 동결을 방지하는 단계를 또한 포함한다.
또 다른 구체예는 벤젠 성분을 제거하기 위한, 메탄 및 벤젠 성분을 함유하는 혼합된 공급물 가스 스트림 전처리용 시스템이고, 상기 시스템은 comprising a 혼합된 공급물 가스를 냉각하고 부분적으로 응축시키기 위한 제1 열교환기, C3+ 성분을 함유하는 제1 액체 탄화수소 스트림 및 제1 메탄-함유 가스 스트림을 형성하기 위하여 냉각되고 부분적으로 응축된 혼합된 공급물 가스 스트림을 분리하도록 구성된 제1 분리기, 제1 메탄-함유 가스 스트림을 팽창시키고 부분적으로 응축시키도록 구성된 팽창기, 제2 메탄-함유 가스 스트림 및 제2 액체 탄화수소 스트림을 형성하기 위하여 제1 메탄-함유 가스 스트림을 분리하도록 구성된 제2 분리기, 제1 액체 탄화수소 스트림 및 제2 액체 탄화수소 스트림 중 적어도 하나의 압력을 증가시키도록 구성된 압력-증가 장치, 및 제1 액체 탄화수소 스트림 및 제2 액체 탄화수소 스트림 중 적어도 하나의 재순환된 부분을 제1 분리기 상류 또는 제1 분리기의 위치에서 시스템에 다시 공급하도록 구성된 재순환 입구.
도 1은 제1 구체예에 따라 혼합된 탄화수소 가스 스트림으로부터 고 동결점 탄화수소를 추출하기 위한 시스템 및 공정을 도식적으로 나타낸다.
도 2는 도 1에 나타난 공정으로부터 획득된 혼합된 탄화수소 스트림을 분별하기 위한 시스템 및 공정을 도식적으로 나타낸다.
도 3은 가스 스트림으로부터 고 동결점 탄화수소를 추출하기 위한 시스템 및 공정의 제2 구체예를 도식적으로 나타낸다.
도 4는 제3 구체예에 따라 가스 스트림으로부터 고 동결점 탄화수소를 추출하기 위한 시스템 및 공정을 도식적으로 나타낸다.
상세한 설명
액화 이전에 전처리된 천연 가스 스트림으로부터 동결 성분(벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠 및 자일렌(BTEX)을 포함하지만 반드시 이에 제한되는 것은 아닌 중질 탄화수소)을 추출하기 위한 신규한 극저온 공정이 본원에 기재된다.
원료 공급물 가스는 먼저, 액화 전에 동결 성분, 가령 CO2, 물 및 중질 탄화수소를 제거하기 위하여 처리된다. CO2 및 물의 제거는 여러 상용으로 이용 가능한 공정에 의하여 달성된다. 그러나, 극저온 공정에 의한 동결 탄화수소 성분의 제거는 제거될 성분의 유형 및 양에 의존한다. C2, C3, C4와 같은 성분이 적지만 액화 동안 동결될 탄화수소를 함유하는 공급물 가스에 있어서, 동결 성분의 분리는 더욱 어렵다.
하기 표 3은 액화에 이용될 수 있는 전형적인 가스 조성을 나타낸다. 가스는 매우 희박하지만, 상당한 양의 중질 동결 성분을 가진다. 냉각 공정 동안 동결 성분의 농도를 희석하고 이들이 동결하는 것을 막기 위한 충분한 양의 C2, C3 또는 C4가 액체 스트림에 없기 때문에, 동결 성분의 분리가 어렵다. 이 문제는 임의의 C2 내지 C4 성분이 존재하지 않고 가스로부터 응축시키기 위한 제1 성분이 중질분(heavy end)일 경우, 공정의 운전개시(startup) 동안 크게 확대된다. 이 문제를 극복하기 위하여, 운전개시 및 정상 조업 동안 동결 문제를 제거할 공정 및 시스템이 개발되었다.
정의:
본원에서 이용 시, 용어 "고 동결점 탄화수소"는 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 및 최소 여섯의 탄소 원자를 가지는 대부분의 탄화수소를 포함하는 다른 화합물을 지칭한다. 본원에서 이용 시, 용어 "벤젠 화합물"은 벤젠을 지칭하고, 또한 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 및/또는 다른 치환된 벤젠 화합물을 지칭한다. 본원에서 이용 시, 용어 "메탄-농후 가스 스트림"은 50 부피 % 초과의 메탄을 가지는 가스 스트림을 의미한다. 본원에서 이용 시, 용어 "압력 증가 장치"는 압축기 및/또는 펌프를 포함하여, 가스 또는 액체 스트림의 압력을 증가시키는 컴포넌트를 지칭한다.
하기 표 1은 선택된 탄화수소의 동결점을 나타낸다.
Figure 112016110557257-pct00001
(표 2의 물성 데이터는 Gas Processors Suppliers Association Engineering Data Book으로부터 입수한 것이다)
표 1을 참조하면, 벤젠은 n-헥산 및 n-헵탄과 유사한 비등점 및 증기압을 가진다. 그러나, 벤젠의 동결점은 약 175℉ 더 높다. 특히 N-옥탄, P-자일렌, 및 O-자일렌은 또한, 천연 가스에서 흔한 다른 성분이 실질적으로 액체로 응축되지 않을 온도 위에서 동결을 유발하는 물성을 가진다.
구체예에서, 본원에 기재된 공정은 전형적으로 100 내지 20,000 몰 ppm, 또는 10 내지 500 몰 ppm 범위의 고 동결점 탄화수소 함량, 80 내지 98 몰 %, 또는 90 내지 98 몰 % 범위의 메탄 함량을 가지는 혼합된 탄화수소 공급물 스트림을 가진다. 메탄-농후 생성물 스트림은 전형적으로 0 내지 500 몰 ppm C5+, 또는 0 내지 1 몰 ppm 벤젠 범위의 고 동결점 탄화수소 함량, 및 85 내지 98 몰 %, 또는 95 내지 98 몰 % 범위의 메탄 함량을 가진다.
구체예에서, 본원에 기재된 공정은 전형적으로 제1 분리기에서 10 내지 -50 F 및 400 내지 1000 psia, 및 제2 분리기에서 --10 내지 -150 F 및 400 내지 1000 psia 범위의 온도 및 압력을 이용한다. 제3 분리기가 이용될 경우, 온도 및 압력은 전형적으로 -50 내지 -170 F 및 300 내지 700 psia 범위이다.
액화 플랜트로의 입구 가스에 대한 전형적인 규격은 < 1 몰 ppm 벤젠 및 <500 몰 ppm 펜탄 및 더 중질인 성분이다.
제1 구체예
먼저 도 1을 참조하면, 부분적 C2+ 회수 공정이 나타난다. 상기 공정은 천연 가스 생성물의 일부가 아닐 것인 혼합된 공급물 가스의 성분을 제거하기 위하여 열교환기 및 상 분리기를 이용한다. 초기에, 공급물 가스의 냉각 곡선이 혼합물의 동결점을 결정하기 위하여 분석될 수 있다. 이후 중질 동결 성분이 액체상으로 유지되도록 프로판 또는 부탄과 같은 비-동결 용매가 충분한 양으로 첨가된다. 천연 가스 생성물의 분리 동안 생성된 액체가 탈메탄화기 컬럼으로 보내진다. 용매 주입은 공급물 가스의 조성 및 재순환 스트림이 주입되는 위치에 따라 상이한 양의 용매를 선택적으로 이용하여, 냉각 트레인 안의 하나 이상의 위치에서 수행될 수 있다.
(예열에 의하여) 액체를 분리기로부터 탈메탄화기로 보내는 것을 포함하는 공정은 제어 밸브를 가로질러 압력 강하를 포함한다. 이러한 압력 감소는 공정 라인 내의 플래싱(flashing), 냉각 및 가능하면 동결 조건을 유발할 수 있다. 동결을 방지하기 위하여, 용매는 제어 밸브의 바로 상류에, 또는 또 다른 적합한 위치에서 첨가될 수 있다. 탄화수소의 동결은 또한, 압력 감소 전에 분리기 액체를 예열하여 방지될 수 있다. 용매 첨가 및/또는 예열 수준의 선택은 동결 성분의 양 및 유형에 의존할 것이다.
탈메탄화기 탑은 탑정에서 메탄 및 더 경질인 성분을 제거하고, 탑저에서 C2+ 성분의 일부를 회수한다. 탑의 탑저로부터의 C2+ 스트림은 C2, C3, C4 및 C5+ 성분이 분리되는 분별 트레인으로 보내진다. C3 및/또는 C4 스트림(들)의 일부는 동결 보호를 위하여 극저온 플랜트로 다시 재순환된다. 도 2는 탈에탄화기, 탈프로판화기 및 탈부탄화기 탑을 포함하는 분별 트레인의 구체예를 나타낸다. 용매에 동결 성분이 실질적으로 없다는 것을 전제로, 하나, 둘 또는 셋의 상이한 용매가 가스 정제 시스템에 재순환될 수 있다. 구체예에서, 용매는 C3 및 C4 성분을 포함한다. 일부 경우에, C2 성분이 이용되거나, 혼합된 탄화수소 용매 재순환 스트림에 또한 포함된다.
본원에 기재된 공정의 추가된 장점은 동결을 방지하기 위하여 이용되는 용매, 가령 프로판 또는 부탄이 공급물 가스로부터 회수될 수 있다는 것이다. 공정은 추가된 모든 용매가 회수되도록 조업될 수 있고 이 경우에 연속적인 외부 보충물이 요구되지 않는다. 공급물에 존재하는 추가적인 C2, C3 또는 C4를 회수하기 위하여 플랜트가 필요할 경우, 공정은 판매 가능한 C2, C3 및/또는 C4 생성물을 생성하기에 적합한 조건 하에 가동될 수 있다.
표 2는 동결이 일어날 수 있는 공정 내의 선택된 지점에서의 두 세트의 데이터를 나타낸다. "용매 있음"으로 표지된 데이터 세트는 프로판 용매의 주입, 및 동결점까지 10 도 C 접근을 나타낸다. "용매 없음"으로 표지된 데이터 세트는 동일한 공정이지만 프로판 용매 주입이 없다. 이 데이터 세트는 동결까지 -23 도 C를 나타내고, 공정이 실행 불가능해진다. 표 3은 공급물 및 공정으로부터의 생성물을 보여주는, 정상 조업에 대한 물질 수지를 제공한다.
도 1에 나타난 시스템의 운전개시 동안, 생성물 가스 스트림은 벤젠 및 더 중질인 성분을 여전히 함유하고, 이는 액화 공급물 규격을 충족시키지 않으므로 연소될 필요가 있다. 그러나, 규격에 부합할 때까지 모든 생성물 가스를 연소하는 대신, 운전개시 동안 생성물 가스의 일부가 액화 공정의 전단(front end)으로 다시 재순환되어, 이에 의하여 연소가 감소될 수 있다. 게다가, 재순환 가스가 공급물보다 동결 성분이 더 적고, 극저온 플랜트로의 공급물을 희석하는 경향이 있어 이에 의하여 냉각 공정 동안 동결에 대한 보호를 돕는다. 재순환은 또한, 더 많은 가스가 플랜트 압력 감소 장치를 통과할 것이므로 플랜트의 초기 냉각을 가속한다. 생성물 가스는 표에서 잔사 가스로도 지칭된다.
표 4는 잔사 가스 재순환 및 용매 주입이 모두 있는 운전개시 동안의 조건을 나타낸다. 나타나는 단계는 전형적인 운전개시에 대한 것이고 아래에 나열된다:
1. 입구 가스 냉각이 시작되고, 분리기에서 액체가 형성되기 시작함. 팽창기를 우회하여, 가스가 JT 밸브를 통과함. 탈메탄화기 오버헤드가 연소됨.
2. 잔사 재순환이 시작됨
3. 새로운 프로판이 추가됨. 잔사 재순환이 증가됨.
4. 플랜트 냉각이 지속됨.
5. 팽창기가 켜짐.
6. 잔사로의 탈메탄화기 오버헤드. 분별 트레인이 켜짐. 탈프로판화기 오버헤드가 입구로 다시 재순환되고, 새로운 프로판이 감소하기 시작함.
7. 플랜트 냉각이 지속되고, 새로운 프로판이 감소함.
8. 플랜트 냉각이 지속되고, 새로운 프로판이 감소함.
9. 분별 트레인으로부터 모든 용매 주입.
10. 잔사 재순환 감소.
11. 잔사 재순환 없음. 용매의 양 감소.
초기 단계들 동안, 저장조로부터의 새로운 프로판이 동결을 방지하기 위하여 이용된다. 그러나, 프로판이 시스템에서 생성되면, 저장조로부터의 새로운 프로판의 주입이 감소된다. 표 4는 단계 2 동안 잔사 재순환이 시작되고, 단계 10까지 지속됨을 또한 나타낸다.
표 5는 운전개시 동안 잔사 가스 재순환 또는 용매 주입이 없는 조건을 나타낸다. 상기 표는 단계 4의 시작에서 동결이 일어나기 시작하고, 이 공정에 대하여 운전개시가 가능하지 않음을 나타낸다.
Figure 112016110557257-pct00002
Figure 112016110557257-pct00003
Figure 112016110557257-pct00004
Figure 112016110557257-pct00005
도 1-2에 나타난 예는 C2+ 회수 공정에 대한 것이다. 용매 주입 및 잔사 재순환 계획(scheme)이 다른 C2+ 회수 계획과 함께 실시될 수 있다. 공정은 C3+ 또는 C4+ 회수 공정에도 적용될 수 있다. 플랜트의 구성 및 C2+, C3+ 및 C4+ 성분의 양은 각각의 적용에 대하여 필요한 대로 변한다.
더 낮은 온도에서 동결 성분의 농도가 동결을 방지하기 위하여 낮추어져야 한다. 다중 액체 분리 지점의 이용은 더 적은 용매가 요구됨을 야기한다. 그러므로 다중 분리 지점의 이용은 고 동결점 성분을 제거하기 위하여 필요한 전체 냉각 에너지를 또한 감소시킨다. 더욱이, 다중 분리 지점의 이용은 전체 액체 응축을 감소시켜 열교환기의 가열/냉각 곡선에서 핀치 포인트(pinch point)를 감소시키거나 제거한다.
제거되고 있는 동결 성분 모두보다 더 휘발성인 용매의 이용은 동결 성분으로 인한 오염의 가능성 없이 재이용을 위한 용매의 완전한 분리를 허용한다. 더욱이, 동결 성분보다 더 휘발성인 용매의 이용은 용매의 일부가 순차적인 분리 지점 중 하나 초과에서 액화되도록 한다.
구체예에서, 용매는 C3 및/또는 C4 탄화수소, 가령 프로판 및 부탄을 포함한다. 프로판 및/또는 부탄 용매의 이용은 낮은 몰당 응축열을 가지는 공정 내의 액체 용매를 제공하여, 용매 응축으로부터의 열교환기 냉각 곡선 편향 및 듀티(duty)를 최소화한다.
열교환기 및 압력 강하 장치를 포함하여 스트림이 냉각되는 본 발명의 각각의 단계에서 동결 성분의 응축 및 잠재적인 동결 시 또는 그 전에 적당한 양의 용매 성분이 액체로 존재하는 것이 중요하다. 또한 동결을 방지하기 위하여 냉각 공정 전반에 걸쳐 모든 지점에서 용매가 적당한 양으로 액체로 존재하는 것이 중요하다.
스트림 조성, 온도 및 압력과 함께 동결점 알고리즘이 동결 조건을 예상하기 위하여 이용될 수 있고, 운전개시 및 정상 상태 조업 동안 용매 주입 속도 및 위치의 제어에 이용될 수 있다. 정상 압력 강하보다 높고 정상 열교환보다 낮은 것을 포함하여 동결 가능성을 나타내는 조업 조건이 모니터링되고 용매 주입 속도 및 위치의 제어를 위한 피드백으로서 이용될 수 있다.
가스 액화 설비 상류에서 고 동결점 성분의 제거를 위한 본원에 기재된 구체예의 적용은 액화 플랜트에서 동결될 수 있는 모든 성분이 제거되는 것을 필요로 한다. 일부 경우에, 펜탄 및 더 중질인 성분은, 액화 플랜트에 들어가는 이들 성분의 양에 대하여 엄격한 제한이 있으므로, 용매로서 유용하지 않을 것이다.
가스 액화 설비의 상류에서 도 1-2에 나타나는 공정의 이용은 분별 트레인에서 용매 성분의 회수가 또한, 액화 설비에서 통상적으로 이용되는 혼합된 냉매를 위한 성분을 제공할 것이라는 이점을 제공한다. 공급물 가스에서 보통 이용 가능하고, 또한 하류 공정에서 허용 가능한 용매 성분의 이용은 본원에 기재된 특정 구체예의 추가적인 특징이자 이점이다.
용매의 첨가는 액체상의 밀도를 증가시켜, 함유된 동결 성분을 포함하는 액체의 증기로부터의 분리를 향상시킨다. 용매의 첨가는 액체의 표면 장력을 증가시키고, 액체의 분리 및 회수를 더욱 향상시킨다. 용매의 첨가는 더 높은 온도에서 동결 성분의 응축 및 회수를 허용하며, 여기서 증기 및 액체의 상대적 물성이 분리에 더욱 유리하다.
동결 성분을 용매에 희석하는 것은 분리 용기에서 액체상에 회수되지 않은 임의의 액적 중에 운반되는 동결 성분 액체의 부피를 감소시켜, 액적 운반의 부정적인 효과를 감소시킨다.
때때로 동결을 방지하기 위하여 BTEX 및 C5+ 제거를 위한 플랜트를 설계 및 조업할 필요가 있을 수 있고, 여기서 공급물 조성은 한 가지 이상의 상이한 평균 가스 조성과 함께 C3+ 성분이 매우 희박으로부터 매우 농후까지 변할 수 있다. 공급물 가스가 희박 C3+ 탄화수소일 경우 동결을 피하기 위하여 용매 성분의 재순환이 필요할 수 있다. C3+ 농후 공급물 가스 경우에 재순환이 필요하지 않을 수 있다. C3 및/또는 C4 농후 경우는 액체의 더 많은 회수로 인하여 가장 큰 시설을 필요로 할 수 있다. 분리기 및 탑은 농후 가스 경우를 수용하도록 설계 시 더 클 것이다 (하기 참조). 고 부하 경우는 플랜트 시설에 대한 최소 크기를 설정할 수 있고, 이들 크기는 희박 가스 경우에 필요한 것보다 더 클 수 있다.
모든 시설이 잘 조업되도록 하기 위하여, 모든 시설을 합리적인 설계 조업 지점에서 조업하여 적절한 성능을 보장하는 것이 바람직하다. 희박 가스 경우에 동결을 방지하기 위한 액체의 재순환은, 가능하면 C3+ 농후 가스 경우에 대한 것과 동일한 부하까지, 시설의 부하 증가의 부차적인 효과를 가진다. 이러한 예기치 않은 동결 방지 결과는 플랜트 성능에 긍정적인 영향을 미친다. 재순환은 동결을 방지하고, 동시에 여러 상이한 공급물 가스 경우에 대한 시설 부하의 균형을 유지시키기 위하여 이용될 수 있다. 프로판 및 부탄 스트림의 재순환은 공급물 가스 조성이 변하지 않음에 근접하도록 하여; 동결을 방지할 뿐만 아니라,모든 시설에 대하여 거의 동일한 조업 조건 및 부하를 가지는 매우 유사한 공급물 가스를 생성할 수 있다.
전형적으로, 플랜트 조업 조건은 여러 상이한 공급물 가스로써 요망되는 결과를 달성하도록 조정된다. 본원에 기재된 구체예로써, 동결을 방지하기 위한 재순환의 이용은 또한 현저하게 단순화된 조업을 야기한다. 공급물 가스가 변화할 경우 재순환 속도가 변화될 수 있고, 모든 다른 조업 조건이 상당한 조정을 필요로 하지 않아, 공급물 조성 변화를 위한 조업을 더욱 용이하게 한다. 이 시나리오는 여러 항목 대신 단지 하나의 항목을 변화시키는 것을 필요로 한다.
액화 전에 매우 희박한 천연 가스로부터의 중질 탄화수소 및 BTEX 제거를 위하여 설계된 신규한 플랜트는 일반적으로 최소 둘의 분리 용기, 최소 하나의 열교환기, 최소 하나의 압력 감소 장치, 및 시설 중 둘 이상의 상류의 용매 주입 지점을 포함한다. 프로판 및 부탄은 용이하게 입수 가능하고, 설비 장소의 탱키지(tankage)에 수송 및 저장될 수 있고, 공급물 가스로서 첨가되는 일련의 용매 성분이 플랜트를 조업 압력까지 가압하기 위하여 플랜트에 주입된 후 운전개시 용도를 위하여 플랜트 설비에 전달될 수 있다. 가스의 일부는, 압축기를 이용하는 연소, 압력 강하 장치를 이용하는 플랜트 냉각, 정상 조업을 위하여 필요한 모든 액체 수준을 확립할 때까지의 용매 성분 첨가, 및 정상 조업 온도까지 공정 냉각 없이, 플랜트를 통하여 재순환될 수 있다. 이 시스템으로써, 운전개시 동안 임의의 지연, 낭비, 또는 플레어(flare) 방출이 존재할 경우 이들이 매우 적다. 입구 가스로부터 입수 가능하고, 또한 구입으로 용이하게 입수 가능한 용매의 이용은, 이러한 저방출 운전개시 방법을 허용하며, 또한 임의의 미래 수요를 위한 용매의 현장 저장소의 보충을 허용한다.
대안의 구체예가 도 1에 상세히 나타난다. 공급물 가스 스트림(2), 전형적으로 파이프라인 등급 천연 가스는 스트림(3)의 일부가 되고 입구 열교환기(4)를 통과하며, 이에 의하여 공급물 가스의 적어도 일부가 냉각되고 액화하여 냉각된 공급물 가스(6)가 형성된다. 냉각된 공급물 가스(6)는 중질 탄화수소 액체(즉 C2+ 탄화수소)가 더 경질인 가스 성분, 주로 메탄 및 공급물 가스에 존재할 수 있는 다른 비응축성 가스, 가령 질소, 이산화 탄소, 헬륨 등으로부터 분리되는 온난 분리기(8)로 보내진다. 메탄 농후 탄화수소에 더하여 온난 분리기(8)로부터 유래한 임의의 잔류 비응축 중질 탄화수소로 구성된 온난 분리기 오버헤드 가스 스트림(10)이 차후 극저온 가스/가스 열교환기(18)를 통과하고 더욱 냉각되어 저온 분리기(22)를 위한 저온 분리기 공급물(20)이 형성된다. 응축된 중질 탄화수소 액체를 포함하는 온난 분리기 탑저 스트림(12)이 온난 분리기(8)의 탑저로 배출되고 온난 분리기 탑저 스트림 제어 밸브(14)를 통과한 다음 스트림(15)로 지정된다 스트림(15)은 다른 스트림과 조합되어 조합된 메탄 희박 탄화수소 스트림(16)이 형성된다.
저온 분리기(22)로 되돌아가면, 저온 분리기 공급물(20) 중의 응축성 탄화수소가 저온 분리기(22) 중의 메탄 농후 기체상으로부터 분리된다. 메탄 농후 기체상은 저온 분리기 오버헤드 스트림(24)으로서 저온 분리기(22)로부터 인출된다. 응축성 탄화수소는 저온 분리기(22)로부터 제거되어 저온 분리기 탑저 스트림(26)이 형성되고 이는 저온 분리기 탑저 스트림 가열기(28) 및 차후 저온 분리기 탑저 스트림 제어 밸브(30)를 통과한다. 저온 분리기 탑저 스트림 제어 밸브(30)를 통과한 후, 감소된 압력 저온 분리기 탑저 스트림(31)이 극저온 가스 / 가스 열교환기(18)에서 냉각 매체로서 이용되어, 온난 분리기 오버헤드 스트림(10)에서 열을 흡수한다. 이는 탄화수소의 메탄 희박 스트림(32)을 형성하고, 상기 스트림은 온난 분리기 탑저 스트림(12)와 조합되어 조합된 메탄 희박 탄화수소(16)가 형성된다.
저온 분리기 오버헤드 스트림(24)은 팽창기 / 압축기(34)로 보내지고 동시에 팽창되고 냉각되어 팽창되고 냉각된 메탄 농후 탄화수소 스트림(36)이 형성된다. 팽창되고 냉각된 메탄 농후 탄화수소 스트림(36)은 팽창기 분리기(38)로 지향되고 상기 분리기에서 임의의 응축되지 않은 메탄 농후 가스가 임의의 나머지 응축성 탄화수소로부터 분리되어 팽창기 분리기 오버헤드 스트림(40)이 형성된다. 팽창기 분리기 중의 응축성 탄화수소는 팽창기 분리기 탑저 스트림(42)으로서 인출되고, 이는 팽창기 분리기 탑저 스트림 제어 밸브(44)를 통과하여 저압 팽창기 분리기 탑저 스트림(45)으로서 제어 밸브를 나간다. 스트림(45)은, 저온 분리기 탑저 스트림(31)이 저온 분리기 탑저 스트림 제어 밸브(30)를 통과한 후, 그러나 극저온 가스 / 가스 열교환기(18)로 들어가기 전에, 감소된 압력 저온 분리기 탑저 스트림(31)과 조합된다.
팽창기 분리기 오버헤드 스트림(40)은 냉각 매체로서 탈메탄화기 환류 응축기(46)를 통과하고, 따라서 압축된 탈메탄화기 오버헤드 가스(74)에서 열을 흡수한다. 결과적인 메탄 농후 탄화수소 스트림(48)은 매우 차갑게 유지되고 따라서 냉각 매체로서 극저온 가스 / 가스 열교환기(18) 및 입구 열교환기(4)로 보내지며, 따라서 각각의 공급물에서 열을 흡수한다. 입구 열교환기(4)를 떠난 후, 메탄 농후 탄화수소 스트림(48)은 팽창기 / 압축기(34)에 의하여 제1 단에서 압축된 다음 공기 냉각기(52)에 의하여 냉각되기 전에 제2 단 잔사 가스 압축기(50)에서 압축되어 LNG 플랜트를 위한 메탄 농후 공급물 가스(54)가 형성된다. 측면 스트림 메탄 재순환 루프(56) 및 메탄 재순환 루프 제어 밸브(58)가 포함되어 LNG 플랜트를 위한 메탄 농후 공급물 가스(54)의 일부를 공급물 가스(2) 스트림으로 다시 재순환시킬 수 있다. 그러한 재순환의 목적은 위에 기재되었고 아래에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
조합된 메탄 희박 탄화수소 스트림(16)은 탈메탄화기 컬럼(60)으로 보내지고 추가의 분별 및 임의의 잔류 메탄의 제거를 겪는다. 임의의 잔류 메탄은 메탄 희박 분율로부터 탈메탄화기 오버헤드 스트림(62) 및 임의의 응축성 탄화수소로서 제거되고 탈메탄화기 탑저 스트림(64)으로서 제거된다. 탈메탄화기 탑저 스트림(64)의 제1 부분은 탈메탄화기 재비기(66)를 통과하고 탈메탄화기 재비기 공급물(68)로서 탈메탄화기로 되돌아간다. 그러나 탈메탄화기 탑저 스트림(64)의 제2 부분이 이용되어 C2+ 탄화수소 스트림(70)이 형성된다. 탈메탄화기 오버헤드 스트림(62)은 탈메탄화기 오버헤드 가스 압축기(72)에서 재압축되어 압축된 탈메탄화기 오버헤드 가스 스트림(74)이 형성되고 이는 차후 탈메탄화기 환류 응축기(46)에서 냉각된다. 냉각된 탈메탄화기 오버헤드 가스(76)는 탈메탄화기 환류 축적기(78)를 통과하고 여기서 임의의 액화된 부분이 탈메탄화기 환류 축적기 탑저 스트림(80)으로서 제거되고 환류 스트림으로서 탈메탄화기(60)에 다시 보내진다. 냉각된 탈메탄화기 오버헤드 스트림(76)의 기체 부분은 탈메탄화기 환류 축적기 오버헤드 스트림(82)으로서 탈메탄화기 환류 축적기(78)로부터 제거되고, 탈메탄화기 환류 응축기(46)로 보내지며 여기서 탈메탄화기 환류 축적기 오버헤드 스트림(82)이 추가로 냉각되고 그 후 탈메탄화기 환류 축적기 오버헤드 스트림(82)이 고순도 메탄 가스로서 팽창기 분리기(38)로 보내진다.
상기 공정을 운전개시 할 때, 공급물 가스(2)는, 중간 범위 탄화수소, C3, C4 및 C5 탄화수소가 희박할 수 있지만, 현저한 농도의 더 중질인 탄화수소, 가령 C6+ 탄화수소, 가령 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔 등을 가진다. 그러한 응축성 중질 탄화수소, 특히 벤젠은 조업자에게 매우 어려운 도전과제를 제시한다. 다시 말해서, 플랜트의 저온 조건은 그러한 중질 탄화수소가 동결되어 나오고 플랜트로의 공급물 가스의 통과를 방해 및 / 또는 차단하는 고체 탄화수소를 형성할 수 있는 조건이다. 그러한 상황하에, 종래의 공정에서, 조업자는 조업을 중단하고 서서히 플랜트를 가온시켜야 하며, 이에 의하여 고체 탄화수소의 용융 및 차단의 제거가 허용된다. 이는 공급물 가스 가공에 요구되는 온도까지 플랜트를 재냉각함에 있어 비용이 많이 들고 비생산적인 시간 및 비용을 야기한다. 이러한 플랜트 조업에 대한 위험은 운전개시 동안 나타날 뿐만 아니라, 공급물 가스의 조성이 변화할 경우 진행 중인 조업 동안에도 나타난다. 다시 말해서, 공급물 가스에서 중질 탄화수소, 특히 벤젠의 함량이 단지 수백분의 1퍼센트 정도만큼 갑자기 증가할 경우, 변화는 동결된 고체 탄화수소의 축적 및 입구 교환기(4), 온난 분리기(8) 및 극저온 가스/가스 열교환기(18)의 차단을 야기할 수 있다.
이 문제를 해결하기 위하여, C3 프로판, C4 부탄 또는 이들의 혼합의 다른 희박 공급물 가스로의 주입이 동결된 중질 탄화수소의 형성을 현저하게 감소시키고 실질적으로 제거함이 예기치 않게 발견되었다. C3 프로판, C4 부탄 또는 이들의 혼합이 고체 중질 탄화수소의 형성에 대한 인 시튜(in situ) "용매" 또는 "동결방지제" 역할을 하는 것으로 생각된다. 도 1에 나타나는 바와 같이, C3 프로판, C4 부탄 또는 이들의 혼합 "동결방지제"는 스트림(84)에서 공급물 가스로 스트림(86) 및/또는 (87)에서 입구 열교환기(4)로의 공급물 가스(2)의 주입 전의 지점에서 주입될 수 있다. 구체예에서, C3 프로판, C4 부탄 또는 이들의 혼합 "동결방지제"를 극저온 가스 /가스 열교환기(18) 전의 온난 분리기 오버헤드 스트림(10)에 주입하는 것이 유리할 수 있다. 그러나, 제한을 바라는 것은 아니지만, C3 프로판, C4 부탄 또는 이들의 혼합 "동결방지제"의 주입 또는 이용이 중질 탄화수소가 동결을 겪을 수 있는 다수의 다른 장소, 예를 들면, 저온 분리기의 차단을 방지하기 위하여 저온 분리기(22)의 앞에서, 저온 분리기 탑저 스트림(26) 또는 팽창기 분리기 탑저 스트림(42)의 일부로서, 흐름의 차단을 방지하기 위하여 극저온 가스/가스 열교환기의 앞에서, 또는 심지어 라인의 동결 및 차단을 방지하기 위하여 조합된 메탄 희박 탄화수소 스트림(16)으로 주입될 수 있다.
공급물 가스 및 위에 언급된 다른 위치로의 C3 프로판, C4 부탄 또는 이들의 혼합의 주입이 플랜트 운전개시에 걸리는 시간을 현저하게 단축시킴이 또한 예기치 않게 발견되었다. 체계적이고 연속적인 플랜트 냉각 공정을 착수하기에 걸리는 시간은 C3 프로판, C4 부탄 또는 이들의 혼합의 주입의 결과로서 현저하게 단축될 수 있고 플랜트 냉각 및 다른 희박 공급물 가스 중의 동결된 중질 탄화수소에 의하여 야기된 차단의 형성 방지를 돕는다. 이러한 조업적 안정성까지의 더 짧은 시간은 조업자 시간을 절약할 뿐만 아니라, 실질적인 환경적 이점을 야기한다. 플랜트가 더 빨리 냉각되고 실질적으로 감소된 중질 탄화수소 냉각 또는 차단의 위험을 가지므로, 규격외(off-specification) 메탄 가스의 더 적은 배기 또는 연소가 요구된다. 다시 말해서 LNG 플랜트로의 공급물로서 이용하기에 적합하지 않은 메탄 가스가 공급물 가스를 중간 범위 탄화수소가 더 희박해지고 중질 탄화수소 동결에 더욱 민감하게 만드는 우려 없이 메탄 재순환 루프(56)를 경유하여 재순환되고 재이용될 수 있다. 메탄 재순환 루프(56) 및 공급물 가스 및 위에 언급된 다른 위치로의 C3 프로판, C4 부탄 또는 이들의 혼합의 주입의 조합의 이용은 조업자가 플랜트에 대한 정상 상태 조업을 달성하여 공급 밸브의 제1 개구로부터 더 높은 품질의 규격내(on-specification) 공급물을 LNG 플랜트에 공급하도록 한다. 조업의 시작으로부터 고품질 규격내 메탄 농후 공급물 가스를 가지는 LNG 플랜트 조업에 대한 그러한 이점이 이해될 것이다. 이러한 이점은 본 공정이 주요 공급원으로서 파이프라인 품질 천연 가스를 이용하여 조업자에게 상당한 비용 절감을 야기한다는 사실에 의하여 더욱 증진된다.
C3 프로판, C4 부탄 또는 이들의 혼합 "동결방지제"에 대한 한 공급원은 저장되거나 상용으로 구입된 프로판 또는 부탄이다. 그러나, 상당한 이점이 그러한 C3 프로판, C4 부탄 또는 이들의 혼합에 대한 공급원으로서 상기 공정에서 생성된 C2+ 탄화수소 스트림(70)을 이용하여 실현될 수 있다. 따라서 도 2를 참조하면, 또 다른 예시적인 구체예가 예시된 공정 계획을 이용하는 C3 프로판, C4 부탄 또는 이들의 혼합 "동결방지제"의 생성을 포함한다. 탈메탄화기(60)로부터의 C2+ 탄화수소 스트림(70)은 (도 1에서) 탈에탄화기 컬럼(202)로 보내진다. 탈에탄화기 컬럼(202) 내에서, C2 탄화수소 가스 (일반적으로 본원에서 "에탄 가스"로 지칭됨)가 공급물로부터 분별 증류되어 나오고 탈에탄화기 오버헤드 스트림(210)으로서 제거된다. 나머지 C3+ 응축성 탄화수소는 탈에탄화기 탑저 스트림(204)으로서 탈에탄화기(202)로부터 제거된다. 탈에탄화기 탑저 스트림(204)의 제1 부분은 탈에탄화기 재비기(206)로 보내지고 탈에탄화기 재비기 스트림(208)으로서 탈에탄화기 컬럼(202)으로 다시 되돌아간다. C3+ 탄화수소로 구성된 탈에탄화기 탑저 분획(222)의 제2 부분은 탈프로판화기(224)에 보내지고 이에 대한 공급물 역할을 한다. 탈에탄화기 오버헤드 스트림(210)으로 다시 돌아가면, 이러한 에탄 농후 스트림은 탈에탄화기 응축기(212)를 통과하여, 냉각된 다음 탈에탄화기 환류 축적기(214)로 간다. 탈에탄화기 환류 축적기(214) 내에서 액화된 고순도 에탄이 탈에탄화기 환류 축적기 탑저 스트림(215)으로서 제거되고 탈에탄화기 환류 펌프(216)를 거쳐 탈에탄화기 환류 스트림(218)으로서 탈에탄화기(202)로 돌아간다. 탈에탄화기 환류 스트림의 일부는 고순도 에탄 탈에탄화기 생성물 스트림 - 에탄(220)으로서 제거될 수 있다. 비록 C3 프로판, C4 부탄 또는 이들의 혼합 "동결방지제"로부터의 에탄 성분 제거가 필수적이 아닐 수 있기는 하지만, 이는 판매되거나 정제소 또는 플랜트의 어디에서나 이용될 수 있는 가치 있는 고순도 에탄 스트림을 생성할 기회를 조업자에게 제공한다.
탈에탄화기(202)로부터의 C3+ 탄화수소(222)는 탈프로판화기 컬럼(224)으로 보내진다. 탈프로판화기 컬럼(202) 내에서, C3 탄화수소 가스(본원에서 일반적으로 프로판으로 지칭됨)가 공급물로부터 분별 증류되어 나오고 탈프로판화기 오버헤드 스트림(232)으로서 제거된다. 나머지 C4+ 응축성 탄화수소는 탈프로판화기 탑저 스트림(226)으로서 탈프로판화기(224)로부터 제거된다. 탈프로판화기 탑저 스트림(226)의 제1 부분은 탈프로판화기 재비기(228)로 보내지고 탈프로판화기 재비기 스트림(230)으로서 탈프로판화기 컬럼(224)으로 다시 되돌아간다. C4+ 탄화수소로 구성된 탈프로판화기 탑저 분획(246)의 제2 부분은 탈부탄화기(248)에 보내지고 이에 대한 공급물 역할을 한다. 탈프로판화기 오버헤드 스트림(232)으로 다시 돌아가면, 이러한 프로판 농후 스트림은 탈프로판화기 응축기(234)를 통과하여, 냉각된 다음 탈프로판화기 환류 축적기(236)로 간다. 탈프로판화기 환류 축적기(236) 내에서 액화된 고순도 프로판은 탈프로판화기 환류 축적기 탑저 스트림(238)으로서 제거되고 탈프로판화기 환류 펌프(240)를 거쳐 펌핑되어 탈프로판화기 환류 스트림(242)으로서 탈프로판화기(224)로 돌아간다. 탈프로판화기 환류 스트림의 일부는 고순도 C3 탄화수소 스트림으로서 탈프로판화기 생성물 스트림 - 프로판(244)으로서 제거될 수 있다.
탈프로판화기(224)로부터의 C4+ 탄화수소 스트림(246)은 탈부탄화기 컬럼(248)으로 보내진다. 탈부탄화기(248) 내에서, C4 탄화수소 가스(본원에서 일반적으로 부탄으로 지칭됨)가 공급물로부터 분별 증류되어 나오고 탈부탄화기 오버헤드 스트림(256)으로서 제거된다. 나머지 C5+ 응축성 탄화수소는 탈부탄화기 탑저 스트림(250)으로서 탈부탄화기(248)로부터 제거된다. 탈부탄화기 탑저 스트림(250)의 제1 부분은 탈부탄화기 재비기(252)로 보내지고 탈부탄화기 재비기 스트림(254)으로서 탈부탄화기(248)로 다시 되돌아간다. C5+ 탄화수소 및 다른 고 동결점 성분으로 구성된 탈부탄화기 탑저 분획(250)의 제2 부분은 플랜트의 다른 유닛 또는 정제소에 보내지고 이에 대하여 천연 가스 응축물 스트림(270)으로서 공급물 역할을 한다. 탈부탄화기 오버헤드 스트림(256)으로 다시 돌아가면, 이러한 부탄 농후 스트림은 탈부탄화기 응축기(258)를 통과하여, 냉각된 다음 탈부탄화기 환류 축적기(260)로 간다. 탈부탄화기 환류 축적기(260) 내에서 액화된 고순도 부탄은 탈부탄화기 환류 축적기 탑저 스트림(262)으로서 제거되고 탈부탄화기 환류 펌프(264)를 거쳐 펌핑되어 탈부탄화기 환류 스트림(266)으로서 탈부탄화기(248)로 돌아간다. 탈부탄화기 환류 스트림의 일부는 고순도 C4 탄화수소 스트림으로서 탈부탄화기 생성물 스트림 - 부탄(268)으로서 제거될 수 있다.
탈프로판화기 생성물 스트림 - 프로판(244)으로부터의 고순도 C3 탄화수소 스트림 및 탈부탄화기 생성물 스트림 - 부탄(268)으로부터의 고순도 C4 탄화수소 스트림이 개별적으로 이용될 수 있고 및 / 또는 조합되고 위에 언급된 C3 프로판, C4 부탄 또는 이들의 혼합 "동결방지제"로서 이용될 수 있다. 따라서 그러한 조업에 의하여, 동결된 중질 탄화수소 차단물의 형성을 방지하거나 위험을 실질적으로 감소시키기 위하여 필요한 물질이 본원에 기재된 LNG 플랜트 공급물 전처리 공정의 진행 중인 조업 과정 동안 생성될 수 있다.
제2 구체예
도 3은 C3 및/또는 C4를 플랜트 내의 지점으로 재순환시켜 공정 스트림의 액체 부분 중의 동결 성분의 농도를 희석하여 동결을 방지하기 위하여, 공정에서 회수되고 분별 섹션 탑에서 분리된 C3 및 C4를 이용하는 동결 성분 제거 공정의 또 다른 구체예를 나타낸다. 대부분의 동결을 겪는 공정 내의 지점은 제어 밸브를 가로질러 압력 강하에 의하여 액체가 자가-냉장되는 지점, 및 분리기를 떠나는 증기 스트림이 더욱 냉각될 경우 초기의 액체 형성 지점을 포함하여 냉각 동안 액체상에서 동결 대 비-동결 성분의 비율이 높은 임의의 지점을 포함한다.
도 3에서 분별 블록은 산업 표준 증류탑을 포함하고, 전형적으로 회수된 액체로부터 메탄 및 에탄을 제거하기 위한 적어도 하나의 탈에탄화기, 및 C5+, 벤젠 및 주 공정에서 동결될 수 있는 다른 중질 성분으로부터 C3 및 C4 성분을 분리하기 위한 탈부탄화기를 포함할 것이다. 회수된 C3 및 C4 성분은 동결 보호를 위하여 완전히 재순환될 수 있거나, 대안으로 생성물로서 판매될 수 있거나 정제된 주 가스 스트림을 이용한 액화에 보내질 수 있다.
도 3은 온난 교환기에 들어가는 공급물 가스 스트림 중의 것을 포함하여, 저온 분리기에서 회수된 액체의 전부 또는 일부가 저온 분리기 상류의 하나 이상의 지점에 들어가도록 재순환되는 구체예를 또한 나타낸다. 점선으로 나타난 시설은 제2 구체예를 포함하는 추가 시설이다.
표 6, 동결 억제는 동결이 일어날 수 있는, 공정 중의 선택된 지점에서 데이터의 세트를 제시한다. "제1 구체예" 데이터 세트는 분별로부터 C3 및 C4 스트림의 완전한 재순환 및 주입을 이용하고, 동결점을 나타낸다. "제2 구체예" 데이터 세트는 제1 구체예의 재순환을 포함하고 또한 제2 구체예의 공정을 이용한다.
Figure 112016110557257-pct00006
Figure 112016110557257-pct00007
표 7은 제2 구체예에 대한 전체 물질 수지에 덧붙여 재순환 스트림이다. 제1 구체예 스트림(26)이 또한 저온 분리기 재순환 펌프 하류의 저온 분리기 탑저 액체의 일부인 제2 구체예 스트림(208)의 조성과 비교하도록 포함된다.
하기 표 8은 제1 구체예 및 제2 구체예에 대하여 선택된 스트림 및 분리기 조건을 제공한다
Figure 112016110557257-pct00008
구성 및 조업 조건은 제2 구체예의 각각의 적용 방식에 따라 변할 수 있다.
최소로서, 제2 구체예는 응축된 액체의 일부를 분리기 중 하나로부터 분리기 상류로 재순환시키기에 필요한 시설을 포함하여, 분리기 상류 및 재순환 액체의 공급원인 분리기 모두에서 액체 중 동결 성분의 더 낮은 농도와 함께 상류 분리기 중의 동결 성분의 더 많은 양의 제거를 야기한다.
제2 구체예는 저온 분리기 탑저 스트림의 일부를 저온 분리기 상류의 공정 중의 지점으로 재순환시키기에 필요한 시설을 포함할 수 있다.
저온 분리기 액체 재순환 스트림은 다음 위치 중 중 하나 이상에 보내질 수 있다; 플랜트 입구 가스, 제1 교환기를 나가는 입구 가스, 제1 교환기를 나가는 입구 가스, 온난 분리기 상의 분리 노즐, 및 다른 상류 위치. 저온 분리기 액체 재순환 스트림은 하나 이상의 입구 가스 열교환기에서 재가열될 수 있다. 열교환기는 전형적으로 브레이징된 알루미늄으로 만들어진 고효율 다중 스트림 열교환기 또는 다른 고효율 설계 및 구조물이다.
분별 섹션으로부터 재순환된 스트림은 C3/C4 혼합물에 제한되지 않고; C2 내지 C4 성분 중 임의의 것 또는 전부를 함유하는 스트림이 이용될 수 있으며, C5의 일부가 또한 이용된 농도가 동결을 유발하지 않는 한 이용될 수 있다.
제1 구체예의 대안의 구체예가 도 3에 나타난다. 공급물 가스(302), 전형적으로 파이프라인 등급 천연 가스는 입구 밸브(380)를 경유하여, 스트림(304)으로서 떠난다. 이 스트림은 온난 교환기(382)를 통과하고, 공급물 가스의 적어도 일부가 냉각 및 액화되어 냉각된 공급물 스트림 가스(306)가 형성된다. 냉각된 공급물 가스 스트림(306)은 더 중질인 탄화수소 액체(즉 C2+ 탄화수소)가 더 경질인 가스 성분, 주로 메탄 및 질소 공급물 가스에 존재할 수 있는 다른 비응축성 가스, 가령 질소로부터 분리되는 온난 분리기(384)로 보내진다. 메탄 농후의 더 경질인 탄화수소에 추가하여 온난 분리기(384)로부터 기인한 임의의 잔류 비-응축 중질 탄화수소로 구성된 온난 분리기 오버헤드 스트림(308)은 차후 저온 교환기(388)를 통과하고 더욱 냉각되어 저온 분리기 공급물 스트림(310)이 형성되고 이는 저온 분리기(390)에 들어간다. 응축된 중질 탄화수소 액체를 포함하는 온난 분리기 탑저 스트림(335)이 온난 분리기(384)의 탑저로부터 인출되고 온난 분리기 탑저 스트림 밸브(386)를 통과하여, 스트림(336)으로서 나간다.
저온 분리기(390)로 되돌아가면, 저온 분리기 공급물 스트림(310) 중의 응축성 탄화수소가 저온 분리기(390) 중의 메탄 농후 기체상으로부터 분리된다. 메탄 농후 기체상은 저온 분리기 오버헤드 스트림(312)으로서 저온 분리기(390)로부터 인출된다. 응축성 탄화수소는 저온 분리기(390)로부터 제거되어 저온 분리기 탑저 스트림(326)이 형성되고, 이의 일부가 저온 분리기 탑저 스트림 제어 밸브(392)를 통과한다. 저온 분리기 탑저 스트림 제어 밸브(392)를 통과한 후, 감소된 압력 저온 분리기 탑저 스트림 밸브 출구 스트림(328)이, 스트림(318)이 팽창기 출구 온도 제어 밸브(400)를 통과한 후의 팽창기 출구 분리기 액체 스트림(318)의 일부와 혼합된다. 혼합된 스트림(330)은 냉각 매체로서 저온 교환기(388)에서 이용되고 따라서 온난 분리기 오버헤드 스트림(308)에 포함된 열을 흡수한다.
이는 탄화수소의 메탄 희박 스트림을 형성하고, 상기 스트림은 온난 분리기 탑저 스트림 밸브 출구(336)와 조합되어 온난 교환기 액체 입구(337)가 형성된다. 스트림(337)은 온난 교환기(382)에서 가열되어, 온난 교환기 액체 출구 스트림(338)으로서 떠나며, 분별 영역(408)으로 보내진다.
저온 분리기 탑저 스트림(326)의 나머지 부분은 저온 분리기 재순환 펌프(402)에 들어가고, 압력이 증가되며 저온 분리기 재순환 펌프 출구 스트림(403)으로서 나온다. 이후 스트림(403)이 저온 분리기 재순환 흐름 제어 밸브(404)를 통하여 흐르고, 저온 교환기(388)에서 재가열되고 상류 지점으로 보내지고, 이는 온난 분리기 스트림(406)으로의 저온 분리기 재순환을 포함할 수 있고, 및 또는 온난 교환기를 경유할 수 있고 공급물 가스 스트림(408)으로의 저온 분리기 재순환으로서 공급물 가스로 보내질 수 있다. 저온 분리기 공급물(가스) 스트림(310)은 저온 분리기 입구 감소 밸브(412)를 통하여 흘러 자가-냉장 및 액체 운전개시 동안 재순환을 위한 저온 분리기 내의 추가적 액체인 액체의 생성을 제공할 수 있다.
저온 분리기 오버헤드 스트림(312)은 팽창기(394)로 보내지고 동시에 팽창되고 냉각되어 팽창기 출구 스트림(314)이 형성된다. 이 스트림은 임의의 비응축 메탄 농후 가스가 임의의 나머지 응축성 탄화수소로부터 분리되어 팽창기 분리기 오버헤드 스트림(316) 및 팽창기 분리기 탑저 스트림(318)이 형성되는 팽창기 출구 분리기(396)에 들어간다. 탑저 스트림(318)의 일부는 팽창기 출구 분리기 수위 제어 밸브(398)를 통과하여, 저온 스트림(420)으로서 나가고, 이는 분별 섹션(408)로 보내진다.
스트림(320) 및 스트림(338)이 분별 섹션(408)에 들어간다. 최소 둘의 증류탑이 분별 영역에 전형적으로 설치된다. 이 영역은 공급물 가스 스트림을 설비에 요망되는 임의의 분획으로 분리하기 위하여 표준 시설을 이용한다. 최소로서, C5+ 및 벤젠의 중질 동결 성분이 공정에 재순환되지 않도록 분리되고, 이들 성분은 분별 스트림(364)으로부터 벤젠 및 C5+로서 분별 섹션(408)을 떠난다. 동결을 억제하기 위한 공정으로의 재순환에 적합한 스트림이 또한, 전형적으로 본 실시예에서 이용된 바와 같은 프로판, 부탄, 또는 프로판 / 부탄 혼합물로 만들어져 생성되어야 한다. 현재 구체예에서 재순환된 C3 및 C4 혼합물은 C3 및 C4 스트림(362)으로서 나간다. 스트림(362)의 일부가 판매되거나 설비의 어느 곳에서나 이용하도록 진행될 수 있고, 또는 스트림(366)으로서 저장조 중의 C3 및 C4를 보충하도록 이용될 수 있으며, 이는 운전개시를 위하여 이용될 수 있다. 저장조로부터의 보충물 C3 및 C4가 스트림(368)에 제공될 수 있다. C3 및 C4 공급물 가스 스트림(372)은 플랜트 입구로 재순환된 스트림(362) (또는 368)으로부터의 액체이다. C3 및 C4의 일부가 또한, 온난 분리기 오버헤드 스트림(374)으로의 C3 및 C4 및 저온 분리기 오버헤드 스트림(376)으로의 C3 & C4으로 나타나는 바와 같이, 다른 시설로 보내질 수 있다.
팽창기 분리기 오버헤드 스트림(316)은 냉각 매체로서 저온 교환기(388) 및 온난 교환기(382)를 통과하여, 재가열된 팽창기 분리기 오버헤드 스트림(343)이 된다. 분별 스트림(360)으로부터의 C1 및 C2가 또한 저온 교환기(388) 및 온난 교환기(382)에서 재가열되고 스트림(343)과 합류하여 스트림(344)이 된다. 스트림(361)은 재가열된 후 압축기를 이용하여 압력이 증가될 수 있다. 스트림(344)은 팽창기 압축기(402)에 들어가서, 더 높은 압력의 재압축기 입구 스트림(348)으로서 떠나고, 재압축기(404)로 보내져, 스트림(405)으로서 더 높은 압력에서 나간다. 이후 공기 냉각기(406)에서 냉각되고 냉각된 재압축기 출구 스트림(352)으로서 나간다. 측면 스트림 메탄 재순환 루프(356)는 냉각된 재압축기 출구 스트림(352)의 일부의 재순환이 낮은 공급물 가스 속도의 시간 동안 플랜트 시설 로딩을 위한 재순환된 공급물 가스이도록 하거나, 플랜트의 초기 냉각을 보조하도록 하기 위하여 포함될 수 있다.
도 3의 구체예는 도 1-2의 구체예와 함께 이용될 수 있다. 재순환에 이용 가능한 C3 및 C4의 양 및 플랜트 내 축적에 대하여 엄격한 제한이 있다. 하나는 공급물 가스 중 C3 및 C4의 양이다. 두 번째는 정제된 증기가 고 동결점 성분의 제거를 위한 규격에 도달한 지점의 평형 조건에서 이들 성분의 손실이다. 이러한 두 번째 제한 지점은 팽창기 출구 분리기 증기이고, 여기서 오버헤드 증기 생성물이 LNG 공급물 가스 규격을 충족시킨다. 이는 또한 동결 성분 제거 공정에서 가장 저온이고 가장 낮은 압력의 위치이다. 스트림(316) 중의 C3 및 C4 성분은 LNG 공정으로 보내지고 더 이상 재순환에 이용 가능하지 않다. 분별로부터 C1 및 C2 스트림(360) 중의 C3 및 C4 성분의 상대적으로 작은 손실 및 분별 섹션(408)으로부터 더욱더 작은 C5+ 스트림 손실이 또한 존재할 수 있다.
표 6 및 8에 나타나는 바와 같이, 실질적으로 모든 분별 섹션(408)으로부터의 C3 및 C4가 재순환될 경우에도, 동결이 공정에서 여전히 일어날 것이다. C3 및 C4의 재순환은 이들이 팽창기 출구 분리기로부터 탈출하고 평형 지점에 도달할 때까지 공급물 중의 이들 성분의 양을 축적한다. 소량의 C3 및 C4를 함유하는 분별로부터의 재순환 스트림(360)이 이들 결과에 실질적으로 영향을 미침에 유념하라.
온난 분리기(384)의 상류로의 저온 분리기 탑저 스트림(326)의 일부의 재순환이 약간의 가치가 있을 수 있음이 밝혀졌다. 저온 분리기 탑저 스트림(326)의 일부의 재순환의 결과는 놀라웠다. 상당한 벤젠을 함유하는 이러한 저품질 액체의 일부의 온난 분리기(384)의 상류로의 재순환은 내부 재순환 루프를 생성하고 이는 (1) 높은 속도의 재순환을 허용하고 이는 온난 분리기 탑저 액체(335)에서 회수된 벤젠의 양을 증가시키고, (2) 동시에 온난 분리기 탑저 액체(335) 중의 벤젠의 농도를 감소시키고, (3) 온난 분리기 오버헤드 스트림(308) 중의 벤젠의 양 및 농도를 감소시키고, (4) 저온 분리기 탑저 스트림(326) 중의 벤젠의 양 및 농도를 감소시키고, (5) 저온 분리기 오버헤드 스트림(312) 중의 벤젠의 양 및 농도를 감소시키고, (6) 저온 분리기 오버헤드 스트림(312) 이후의 모든 지점에서 벤젠을 감소시키고, (7) 온난 분리기 입구 스트림 및 저온 분리기 입구 스트림에서 액체 퍼센트를 증가시켜 더 우수한 분리를 허용하고, 가장 중요하게는, (8) 제1 구체예를 이용하여 동결점이었던 공정 중의 모든 위치를 더 이상 동결점이 아니도록 변화시킨다. 재순환을 위한 저온 분리기 탑저 스트림(326)의 이용은, 저온 분리기(390)의 상류에서 새로운 밸브의 이용이 하류 팽창기를 이용하지 않고 압력 강하, 액체의 자가 냉장 및 생성을 허용할 것이므로, 운전개시를 또한 보조할 수 있다. 분리기 중의 더 높은 액체 온도는 또한, 분리기에 공급되는 증기/액체 혼합물의 임계점에 접근하지 않고 더 높은 압력에서 조업을 허용할 것이다. 모든 C5+ 성분이 이러한 새로운 재순환에 의하여 벤젠과 동일한 방식으로 영향을 받고; 모든 이들 잠재적인 동결 성분이 더 많이 온난 분리기 탑저 액체 스트림(335)에서 제거되며, 농도가 공정에서 하류의 모든 지점에서 감소된다.
요약하면, 저품질의 벤젠-오염된 저온 분리기 탑저 스트림(326)의 일부를 재순환으로서 이용하는 것은 벤젠 상류의 제거 증가를 야기하고, 이는 결국 모든 C5+ 성분의 농도를 감소시켜 저온 분리기 탑저 스트림의 품질을 증가시킨다.
표 7은 제1 및 제2 구체예에 대한 저온 분리기 탑저 액체 스트림(326)의 유량 및 조성을 포함한다. 제2 구체예는 이 스트림의 대부분을 재순환시키지만; 분별로의 순 유량이 변하지 않는다. 이는 재순환으로서 이 스트림의 이용이 제1 구체예의 C3 및 C4 재순환의 방식으로 최대 가능 속도를 겪지 않음을 입증한다. 제2 구체예의 재순환은, 제1 구체예의 재순환이 그러하듯이, 분별 섹션(408)에서 시설의 크기에 영향을 또한 미치지 않는다. 분별로의 경질 성분의 양이 제2 구체예의 이용에 의하여 감소된다.
표 8은 또한 제2 구체예 재순환의 이용이 나타난 세 개의 분리기, 특히 저온 분리기에 들어가는 스트림 중의 액체 퍼센트를 증가시킴을 나타낸다. 액체 퍼센트 및 액체 부피 증가는, 각각의 액적이 또한 분리기 각각에서 더 적은 C5+ 동결 성분을 함유하므로, 분리기 증기 스트림 중의 액체의 수송의 위험을 최소화한다.
표 6은 제2 구체예의 재순환을 포함하는 및 포함하지 않는 동결 온도까지의 접근 변화를 설명한다. 제1 구체예가 단독으로 이용되는 경우 나타나는 모든 동결점을 제2 구체예의 이용이 제거함이 명백하다.
표 8은 또한 온난 분리기, 저온 분리기 및 팽창기 분리기 조업 온도 및 압력이 제1 구체예로부터 제2 구체예까지 거의 변하지 않음을 보여 준다.
제2 구체예의 실제 수행에서 다수의 변형이 존재하고, 이의 여러 비제한적 실시예가 아래에 간략하게 기재된다:
온난 분리기(384)는 다단 탑으로 대체될 수 있으며, 탑으로의 탑정 공급물로서 저온 분리기 액체 재순환 스트림(408)이 탑의 탑저 공급물로서 온난 분리기 공급물 스트림(406)이 보내질 수 있다. 저온 분리기 액체 재순환 스트림(408)은 다단 탑으로서 조업되도록 연결되고 적층된 둘 이상의 온난 분리기의 가장 높은 압력 분리기에 보내지며, 온난 분리기 공급물 스트림은 가장 낮은 압력의 분리기에 보내질 수 있다.
팽창기 출구 분리기(396) 조업 압력은, 조업 조건이 증기상 중의 C3 및 C4 용매의 허용 가능한 손실을 야기하는 한, 증가되어 가스 재압축 요구를 감소시킬 수 있다. 온난 교환기(382) 및 온난 분리기(384) 압력은 유체의 물성이 온난 분리기에서 증기 및 액체의 충분한 분리를 허용하는 한 유리한 정도로 높을 수 있다. 조업 압력 증가는 재압축 요구를 감소시킬 수 있다.
저온 분리기 액체 재순환 스트림(408)은 온난 분리기(384)에서 증기/액체 분리를 허용하기에 적절할 혼합된 스트림의 물성을 제공하기 위하여 고압 공급물 가스에 보내질 수 있다. 때때로, 저온 분리기 액체 재순환 스트림(408)의 이용이 재순환이 없이 가능할 것보다 더 높은 압력에서 모든 분리기의 조업을 허용하여, 설비 내의 압력 강하 감소에 의하여 전체 조업 동력 요구를 감소시킬 수 있다.
저온 분리기 입구 감소 밸브(412)는 특히 운전개시 동안, 동결 가능성을 감소시키고 조업의 유연성을 증가시키기 위하여 이용될 수 있다. 이 밸브는 줄-톰슨(JT) 밸브 단독으로서, 또는 팽창기(394) 또는 팽창기 우회 JT 밸브와 함께 이용될 수 있다. 이러한 방식으로, 초기 운전개시 냉각이 냉각 동안의 초기 액체 형성 지점으로서 저온 분리기(322)의 이용을 포함할 수 있고, 저온 분리기 액체 재순환 스트림(408)이 냉각을 가속하기 위하여 이용될 수 있다.
분리기 액체 재순환은 교환기 내에서, 또는 개별적인 스트림 및 교환기 경로로서 입구 가스로써 냉각될 수 있다. 분리기 재순환 액체는 교환기 내의 중간 지점에서 주입될 수 있다.
공급물 가스를 냉각하는 동안 교환기에서 달성된 최소 온도 증가는 교환기 통과에서 요구되지 않는 분리기 액체 재순환을 야기할 수 있다. 이는 다른 위치에 대하여 재순환을 이용 가능하게 만들 수 있다.
제2 구체예는 설비의 온난 섹션 중의 성분인 C5+ 및 벤젠을 포함하여 BETX의 제거를 증가시킬 수 있고, 저온 분리기(390) 및 팽창기 분리기(396) 내의 C5+ 및 벤젠의 농도를 최소화할 수 있다. 재순환은 하나 초과의 위치에서 적용될 수 있다.
제2 구체예의 둘 이상의 적용이 순차적일 수 있다. 이러한 방식으로, 팽창기 분리기(396)로부터의 액체의 일부는 압력이 증가되고 저온 분리기(390) 또는 상류 저온 교환기(388)로 재순환될 수 있고, 저온 분리기(390)로부터의 액체의 일부는 압력이 증가되고 온난 분리기(384) 또는 상류 온난 교환기(382)로 재순환될 수 있다.
구체예의 둘 이상의 적용이 겹쳐질 수 있다. 이러한 방식으로, 팽창기 분리기(396)로부터의 액체의 일부는 압력이 증가되고 온난 분리기(384) 또는 온난 교환기(382)로 재순환되고, 저온 분리기(390)로부터의 액체의 일부는 압력이 증가되고 온난 분리기(384) 또는 온난 교환기(382)로 재순환된다.
더 경질인 성분 스트림, 가령 스트림 C1 및 C2 분별 스트림(360)은 팽창기 출구 분리기(396)의 상류에서 공정의 임의의 지점으로 재순환될 수 있다.
위에 기재된 모든 적용에서 압력이 증가되고 재순환된 액체는 온난 교환기(382), 저온 교환기(388), 또는 효율적인 열회수를 제공하기 위하여 시스템에 추가된 임의의 다른 교환기에서 가열될 수 있다.
제3 구체예
고 동결점 성분 제거 설비로의 공급물 가스의 조성이 더 많은 벤젠을 함유하도록 변화하는 경우에 대하여 새로운 개선이 발견되었다. 놀랍게도, 펌프의 추가, 또는 스트림의 경로 변화가, 최소의 가공 용량 감소로써 원래 설계에서보다 현저하게 더 높은 입구 벤젠 함량까지 조업을 지속시킨다.
이 구체예에서, 실시예 A는 대조이고, 이는 공급물 스트림 중의 벤젠 농도가 상대적으로 낮은 경우 작동할 공정을 나타낸다. 실시예 A에서, 공급물 스트림 중의 벤젠 농도는 60 ppmv이다. 실시예 B는 공급물이 더 높은 벤젠 농도를 가지는 경우에 실시예 A의 공정 및 시스템으로써 생기는 문제를 나타내는 대조이다. 실시예 B에서, 공급물 스트림 중의 벤젠 농도는 91 ppmv이고 공정은 시스템에서 고 동결점 탄화수소의 동결로 인하여 조업 불가능하다. 실시예 C는 현존하는 시스템으로 개량될 수 있고, 공급물 스트림 중의 고농도의 벤젠으로써 이용될 수 있는 새로운 구체예를 나타낸다. 실시예 C의 구체예는 공급물 스트림 중의 중간 또는 낮은 벤젠 농도로써 이용될 수도 있다는 점에서 다능하다. 본원에 기재된 실시예 C의 버전에서, 공급물 스트림 중의 벤젠 농도는 91 ppmv이고 시스템에서 동결이 일어나지 않는다.
실시예 C의 구체예는 도 4에 나타난다. 대조 실시예 A 및 대조 실시예 B의 이해를 용이하게 하기 위하여, 도 4의 특정 부분이 대조 실시예 A 및 B의 설명에서 참조될 것이다.
실시예 A - 대조
선택된 물질 스트림이 표 9에 제공된다. 선택된 스트림에 대한 벤젠 동결까지의 접근이 또한 표 9에 나타난다. 실시예 A에서, 공급물 가스 벤젠 조성은 60 ppmv이다.
도 4를 참조하면, 60 ppmv 벤젠을 함유하는 공급물 가스 스트림(501)이 교환기(550)에 들어가고 냉각되어, 부분적으로 응축된 스트림(502)이 형성되고, 이는 제1 분리기(551)에 들어간다. (실시예 A에는 스트림(512)이 없다.) 제1 분리기(551)로부터의 증기인 스트림(503)은 공급물 가스의 압력을 감소시키고 스트림으로부터 에너지를 추출하는 압력 감소 장치(552)(팽창기 또는 JT 밸브)에 들어간다. 압력 감소 장치(552)를 나오는 감소된 온도 스트림(514)은 부분적으로 응축되었고, 제2 분리기(553)로 보내진다. 제2 분리기(553)로부터의 증기 스트림(515)은 교환기(550)에서 재가열되어 공급물 가스 스트림(501)의 냉각을 제공하고, 스트림(516)으로서 나간다. 구체예에서, 스트림(516)은 LNG 액화 설비에 공급된다.
스트림(516)은 액화 플랜트에 들어가는 벤젠 및 C5+ 탄화수소에 대한 규격을 충족시킨다. 전형적인 규격은 1 ppmv 이하의 벤젠, 및 0.05 몰 % 이하의 C5+이다.
제1 분리기(551)로부터의 액체 스트림(517)은 수위 제어 밸브(555)를 가로질러 압력이 감소되고, 스트림(518)으로서 나간다. 이러한 부분적으로 기화되고 자가-냉장되는 스트림은 교환기(550)에서 공급물 가스 스트림(510)에 대한 교환에 의하여 재가열되고, 스트림(513)으로서 떠난다.
제2 분리기(553)로부터의 액체 스트림(559)은 수위 제어 밸브(554)를 가로질러 압력이 감소되고, 스트림(504)으로서 나간다. 대조 실시예 A에서, 펌프(556)가 없다. 이러한 부분적으로 기화되고 자가-냉장되는 스트림은 교환기(550)에서 공급물 가스 스트림(510)에 대한 교환에 의하여 재가열된 다음 스트림(518)과 조합되고, 스트림(513)의 일부로서 공정을 떠난다. 스트림(513)은 제거된 고 동결점 탄화수소를 함유한다. 표 9는 대조 실시예 A에 대한 공정 조건 및 벤젠 농도를 나타낸다. 실시예 A에서 동결까지의 가장 근접한 접근은 스트림(518)에서의 7 도 F이다. 표 10은 공급물 스트림 및 출구 스트림의 조성을 포함하여, 대조 실시예 A에 대한 전체 물질 수지를 나타낸다. 분리기 탑저 스트림에 대한 조성 및 공정 조건이 또한 나타난다. 정제된 가스 스트림(516)은 < 1 ppm 벤젠 및 < 0.05% C5+를 함유하여, LNG 설비로의 공급물에 대한 전형적인 순도 규격을 충족시킨다.
Figure 112016110557257-pct00009
Figure 112016110557257-pct00010
실시예 B
실시예 B에 있어서 공급물 가스의 벤젠 조성은 91 ppmv이다. 이러한 벤젠 변화에 맞추도록 다른 성분이 정규화된다. 조건이 표 11에 제공되고 전체 물질 수지가 표 12에 나타난다. 조업 압력은 실시예 A에서와 동일하다. 결과는 동결에 대한 접근이 이제 일부 스트림에 대하여 음수이며, 스트림(514 및 518)이 이제 액체에서 벤젠 동결점 아래인 것이다. 스트림(518)의 동결점은 제1 액체가 형성되는 입구 노즐 근처의 팽창기의 내부이다. 실시예 A에 대하여 설계된 플랜트는 실시예 B의 더 높은 벤젠 함량으로써 동결될 것이다. 스트림(516), 정제된 가스 중의 벤젠 농도가 실시예 A에서보다 더 높고 이제 0.7 ppm임을 또한 유념하라 (전제 유량으로 나눈 표 11 벤젠 유량).
Figure 112016110557257-pct00011
Figure 112016110557257-pct00012
실시예 C
이 실시예는 실시예 B에서 제시된 문제를 해결한다. 도 4를 참조하면, 이 구체예는 제2 분리기(553)의 액체 출구에 펌프(556)을 추가한다. 펌프 출구 스트림(520)은 도 4에 나타난 경로를 따르고, 밸브(554)를 통과하여 스트림(504)이 되고 교환기(550)을 통과한다. 그러나, 이전의 실시예에서와 같이 스트림(504)의 전부 또는 일부가 스트림(518)에 합류하여 스트림(513)이 되지는 않는다. 이 실시예에서, 실시예 B에 따른 몰의 벤젠을 함유하는 스트림(512) 모두가, 다시 재순환되어 벤젠이 제거될 필요가 있는 입구 가스인 입구 스트림(510)에 합류한다.
도 4를 참조하면, 91 ppmv 벤젠을 함유하는 공급물 가스 스트림(501)이 교환기(550)에 들어가서 냉각되어, 부분적으로 응축된 스트림(502)이 형성되고, 이는 제1 분리기(551)에 들어간다. 제1 분리기(551)로부터의 증기인 스트림(503)은 공급물 가스의 압력을 감소시키고 스트림으로부터 에너지를 추출하는 압력 감소 장치(552)(팽창기 또는 JT 밸브)에 들어간다. 압력 감소 장치(552)를 나오는 감소된 온도 스트림(514)은 부분적으로 응축되었고, 제2 분리기(553)로 보내진다. 제2 분리기(553)로부터의 증기 스트림(515)은 교환기(550)에서 재가열되어 공급물 가스 스트림(501)의 냉각을 제공하고, 스트림(516)으로서 나간다. 구체예에서, 스트림(516)은 LNG 액화 설비에 공급된다. 스트림(516)은 액화 플랜트에 들어가는 벤젠 및 C5+ 탄화수소에 대한 규격을 충족시킨다.
제1 분리기(551)로부터의 액체 스트림(517)은 수위 제어 밸브(555)를 가로질러 압력이 감소되고, 스트림(518)으로서 나간다. 이러한 부분적으로 기화되고 자가-냉장되는 스트림은 교환기(550)에서 공급물 가스 스트림(510)에 대한 교환에 의하여 재가열되고, 스트림(513)으로서 떠난다.
제2 분리기(553)로부터의 액체 스트림(559)은 펌프(556)에서 압력이 증가되고, 스트림(520)으로서 펌프를 나간다. 이 스트림은 수위 제어 밸브(554)를 통과하여, 스트림(504)으로서 나간다. 이러한 부분적으로 기화되고 자가-냉장되는 스트림은 교환기(550)에서 공급물 가스 스트림(510)에 대한 교환에 의하여 재가열된 다음 재순환되고 공급물 가스 스트림(501)과 혼합되어 가스 스트림(510)이 형성된다.
스트림(513)은 제거된 고 동결점 탄화수소를 함유한다. 특정 구체예에서, 스트림(504)은 분할될 수 있고 스트림(504)의 제1 부분은 스트림(512)에서 재순환되는 한편, 제2 부분은 스트림(518)과 조합되어 스트림(513)이 형성된다.
표 13은 실시예 C에 대하여 선택된 스트림, 및 이러한 새로운 스트림 경로의 예기치 않은 결과를 나타낸다. 실시예 B에서 13%의 입구 가스 벤젠 및 24%의 입구 C5+를 가졌던 제2 분리기 액체를 입구로 다시 재순환시켜, 동결이 방지된다. 비록 재순환된 스트림(512)이 상당한 동결 성분을 함유하기는 하지만, 에탄, 프로판 및 부탄의 중간 휘발성 성분의 입구로의 재순환이 재순환된 동결 성분보다 공정에 더 큰 영향을 미친다. 추가적인 중간 성분 스트림(510) 공급물 가스의 더 높은 응축 퍼센트를 허용하여, 벤젠 및 C5+ 제거가 제1 분리기(551)의 액체 출구에서 일어날 완전한 요건을 야기한다. 추가적인 중간 성분은 또한, 냉각 동안 교환기에서의 동결, 또는 수위 제어 밸브(555)를 가로질러 압력 감소에서의 동결이 일어나지 않고 동결 성분 제거가 일어나도록 한다. 이는 중간 성분 대 동결 성분의 비율이 제1 분리기 액체보다 제2 분리기 액체에서 더 높기 때문에 일어난다. 중간 성분의 재순환은 동결 성분의 재순환보다 입구 교환기 및 제1 분리기에서 동결 잠재성에 대하여 더 큰 효과를 미친다. 동결까지의 접근이 실시예 C의 더 높은 공급물 가스 벤젠 함량으로써도 대조 실시예 A에서보다 이제 더 낮음이 지적된다.
실시예 C에 있어서, 원래 공정에 이루어진 유일한 부가는 펌프의 추가 및 재순환 스트림(512)을 위한 재순환 라인의 포함이었다. 이는 조업될 수 없는 플랜트에 대한 매우 경제적인 수리이다. 표 13에 나타나는 바와 같이, 동결까지의 가장 가까운 접근은 이제 스트림(18)에서 10 도 F이다. 스트림(518)이 실시예 B에서 5.68 lb-mol/hr의 벤젠을 함유했음에 유념하라. 실시예 C로써, 벤젠의 lb-mol이 스트림(518)에서 6.55까지 증가했지만, 실시예 B에서의 4.45%로부터 3.17%의 스트림까지 감소했다. -2 도 F의 동결점이었던 것은 이제 동결 위 10 도 F이다. 요구되는 벤젠 제거 모두가 이 지점에서 일어난다. 공급물 중의 벤젠 농도가 실시예 C에서 벤젠의 2/3였을 때, 스트림(518) 중의 벤젠 농도는 이제 실시예 A에서보다 실시예 C에서 더 낮다.
Figure 112016110557257-pct00013
Figure 112016110557257-pct00014
실시예 C는 공급물 가스로부터 액화 플랜트로 벤젠과 같은 고 동결점 성분의 회수를 위한 공정의 실현 가능성 및 신규성을 확인하고, 상기 공정은 하나 이상의 교환기, 최소 하나의 압력 감소 장치, 및 둘 이상의 분리기로 이루어지며, 여기서 더 낮은 압력 분리기로부터의 액체의 일부가 더 높은 압력 분리기로 재순환되어 동결이 방지된다.
일부 경우에 이용된 열교환기 경로는 펌핑된 액체가 입구 가스로 재순환될 수 있도록 요구되는 압력에 대하여 평가되지 않을 수 있다. 이러한 경우라면, 펌프가 설치되지 않고, 재가열되고 부분적으로 기화된 스트림이 추가적인 용기에서 분리되며, 용기로부터의 액체가 입구로 펌핑된다. 추가적인 분리기 증기는 또한, 완전한 가능한 결과를 달성하기 위하여 요구되는 경우 입구로 압축될 수 있다. 대안으로, 이 경로에 대한 새로운 교환기가 개별적인 컴포넌트로서 추가될 수 있다.
실시예 D
또 다른 구체예에서, 설비로의 입구 가스가 동결 성분 제거 설비 상류에서 압축되는 경우, 펌프가 필요하지 않고 재가열된 증기 및 액체 스트림(512)이 배관 이외에 실시를 위하여 필요한 추가적인 시설 없이 재순환을 위하여 입구 압축기 압력까지 간단히 낮아질 수 있다. 공급물 가스로의 기화를 보장하기 위하여 요구되는 경우, 외부 열이 추가될 수 있다.
실시예 E
또 다른 구체예에서, 임의의 분리기로부터의 액체가 공정에서 더 일찍, 추가적인 액체 탄화수소의 존재에서, 그리고 이러한 방식으로 공정의 임의의 지점에서 동결을 방지하기 위하여, 추가적인 고 동결 성분의 회수를 일으키기 위하여 임의의 상류 분리기로 재순환된다.
실시예 F
또 다른 구체예에서, 도 4의 공정이 변하지 않는다. 스트림(513), 제거된 고 동결점 성분 및 공동-회수된 더 경질인 탄화수소를 포함하는 회수된 탄화수소 스트림은 C5+ 및 벤젠 성분의 스트림 및 부탄 및 더 경질인 성분의 스트림으로 분리될 수 있다. 이는 이미 실시예 C에 따라 개량된 현존하는 설비의 원래 설계에서 달성될 수 있다. 분별 설비가 새것이든지 현존하는 것이든지, 부탄 및 더 경질인 성분 스트림의 플랜트 입구로의 재순환이 추가적인 액체를 회수 플랜트에서 형성시키고 동결 가능성을 감소시킬 것이다.
본원에 개시된 모든 방법 및 장비는 본 개시에 비추어 과도한 실험 없이 만들어지고 실행될 수 있다. 비록 본 발명의 방법이 예시적인 구체예 측면에서 기재되었기는 하지만, 본 발명의 개념 및 범위에서 벗어나지 않고 방법 및 장비 및 본원에 기재된 방법의 단계 또는 단계의 순서에 변형이 적용될 수 있음이 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 그러한 모든 유사한 대체 및 변형은 첨부된 청구범위에 의하여 정의된 바와 같이 발명의 범위 및 개념 내에 있는 것으로 간주된다.

Claims (43)

  1. 플랜트에서 혼합된 공급물 가스 스트림으로부터 벤젠 화합물을 포함하는 고 동결점 탄화수소를 제거하기 위한 공정에 있어서,
    고 동결점 탄화수소는 탄소수 6 이상의 중질 탄화수소이고,
    혼합된 공급물 가스 스트림을 제1 열교환기에서 냉각하여 C3, C4 및 C5 성분 및 고 동결점 탄화수소의 적어도 일부를 응축시키는 단계,
    응축된 C3, C4 및 C5 성분 및 고 동결점 탄화수소를 제1 분리기에서 분리하여 제1 액체 스트림 및 제1 가스 스트림을 형성하는 단계,
    제1 가스 스트림을 제2 열교환기에서 냉각하여 제1 가스 스트림의 적어도 일부를 응축시키는 단계,
    제1 가스 스트림의 응축된 부분을 제2 분리기에서 분리하여 탑정 스트림으로서 메탄-농후 제2 가스 스트림 및 제2 액체 스트림을 형성하는 단계,
    제1 및 제2 액체 스트림을 제1 분별기에 공급하고, 탑정 스트림 중의 메탄 가스를 제거하고, 탑저 스트림으로서 제3 액체 스트림을 제거하는 단계,
    제2 분리기 탑정의 하류에서 메탄-농후 제2 가스 스트림을 제거하는 단계,
    제3 액체 스트림을 분별 트레인에서 분별하여 C3 성분 및 C4 성분 중 적어도 하나를 포함하는 재순환 스트림, 및 고 동결점 탄화수소 스트림을 획득하는 단계, 및
    재순환 스트림이 주입되는 위치에서 스트림의 동결점을 낮추기 위하여 C3 성분 및 C4 성분 중 적어도 하나를 포함하는 재순환 스트림을 제1 분별기 상류의 위치에서 공정에 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 메탄-농후 가스 스트림은 50 부피 % 초과의 메탄을 가지는 가스 스트림을 나타내는, 공정.
  2. 제1항에 있어서, 재순환 스트림은 제1 분리기 상류에서 공급물 가스 스트림과 조합되는 공정.
  3. 제1항에 있어서, 재순환 스트림은 제1 액체 스트림과 조합되는 공정.
  4. 제1항에 있어서, 재순환 스트림은 제2 액체 스트림과 조합되는 공정.
  5. 제1항에 있어서, 재순환 스트림은 제1 가스 스트림과 조합되는 공정.
  6. 제1항에 있어서, 제1 분리기는 온난 분리기(warm separator)를 포함하고 제1 분리기로부터 획득된 제1 액체 스트림은 C2 성분을 함유하는 공정.
  7. 제1항에 있어서, 제2 분리기는 저온 분리기(cold separator)를 포함하는 공정.
  8. 제1항에 있어서, 제2 분리기 하류에서 제3 분리기를 추가로 포함하고, 여기서 제3 분리기로부터의 탑저 스트림은 제1 분별기에 공급되고 탑정 스트림은 메탄-농후 제2 가스 스트림의 적어도 일부를 포함하는 공정.
  9. 제7항에 있어서, 재순환 스트림은 제3 분리기로부터의 탑저 스트림과 혼합되는 공정.
  10. 제8항에 있어서, 제2 분리기로부터의 탑정 스트림은 제3 분리기에 공급되기 전에 팽창되는 공정.
  11. 제10항에 있어서, 메탄-농후 제2 가스 스트림은 최소 80 몰% 메탄의 메탄 함량을 가지는 공정.
  12. 제1항에 있어서, 플랜트 운전개시 동안 메탄-농후 제2 가스 스트림의 일부를 혼합된 공급물 가스 스트림과 혼합하는 것을 추가로 포함하는 공정.
  13. 제1항에 있어서, 재순환을 위하여 공급물 가스로부터의 비-동결 성분의 충분한 응축이 가능해지도록 하는 온도를 달성할 때까지, 동결 없이 초기 운전개시 및 시스템의 냉각이 가능하도록 하기 위하여, 비-동결 성분의 스트림이 외부 공급원으로부터의 혼합된 공급물 가스 스트림에 첨가되는 공정.
  14. 제1항에 있어서, 메탄-농후 제2 가스 스트림을 형성시킨 후에, 최고 동결점 성분의 분리 후 메탄-농후 제2 가스 스트림을 자가-냉장시키기 위한 팽창기 이용을 추가로 포함하고, 여기서 자가-냉장되는 메탄-농후 제2 가스 스트림은 공급물 가스 냉각을 위하여 이용되는 공정.
  15. 제1항에 있어서, 분별 단계로부터 수득한 C3 성분 및 C4 성분 중 적어도 하나를 포함하는 재순환 스트림에서 회수된 비-동결 성분의 일부의 공급물 가스로의 재순환은, 재순환 전 공급물 가스의 조성이 동결을 방지하기 위하여 재순환을 적게 필요로 하거나 필요로 하지 않는 상기 회수된 비-동결 성분을 포함하는 공급물 가스와 유사하도록 조성을 변화시키는 공정.
  16. 제15항에 있어서, 회수된 비-동결 성분의 일부의 재순환은, 공급물 가스가 메탄-농후 공급물 가스인 경우, 플랜트 내의 조건에 가까워지도록 공급물 가스 성분의 전체 응축을 증가시켜, 모든 플랜트 시설이 공급물 가스가 메탄-농후인지 아닌지에 관계 없이 유사한 조건에서 조업됨을 야기하고, 메탄-농후 공급물 가스는 50 부피 % 초과의 메탄을 가지는 공급물 가스를 나타내는 공정.
  17. 제1항에 있어서, C3 성분 및 C4 성분 중 적어도 하나를 포함하는 스트림의 재순환은 제1 및 제2 분리기에 들어가는 스트림 중의 액체 부피 퍼센트를 증가시키고 액체 중 고 동결점 탄화수소의 농도를 희석하며, 이에 의하여 불완전한 액체 회수로 인하여 증기 스트림과 함께 분리기를 떠나는 고 동결점 탄화수소의 양이 감소되는 공정.
  18. 제1항에 있어서, 재순환 스트림은 C2 성분 및 C5 성분 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 공정.
  19. 혼합된 공급물 가스 스트림으로부터 벤젠 화합물을 포함하는 고 동결점 탄화수소를 제거하기 위한 공정에 있어서,
    고 동결점 탄화수소는 탄소수 6 이상의 중질 탄화수소이고,
    혼합된 공급물 가스 스트림을 제1 열교환기에서 냉각하여 C3, C4 및 C5 성분 및 고 동결점 탄화수소의 적어도 일부를 응축시키는 단계,
    응축된 C3, C4 및 C5 성분 및 고 동결점 탄화수소를 제1 분리기에서 분리하여 제1 액체 스트림 및 제1 가스 스트림을 형성하는 단계,
    제1 가스 스트림을 제2 열교환기에서 냉각하여 제1 가스 스트림의 적어도 일부를 응축시키는 단계,
    제1 가스 스트림의 응축된 부분을 제2 분리기에서 분리하여 탑정 스트림으로서 메탄-농후 제2 가스 스트림 및 제2 액체 스트림을 형성하는 단계,
    제1 및 제2 액체 스트림을 제1 분별기에 공급하고, 탑정 스트림 중의 메탄 가스를 제거하고, 탑저 스트림으로서 제3 액체 스트림을 제거하는 단계,
    제2 분리기의 탑정 하류에서 메탄-농후 제2 가스 스트림을 제거하는 단계,
    제3 액체 스트림을 분별 트레인에서 분별하여 탄화수소 생성물 스트림을 획득하는 단계, 및
    용매 스트림이 주입되는 위치에서 스트림의 동결점을 낮추기 위하여 C3 성분 및 C4 성분 중 적어도 하나를 포함하는 용매 스트림을 제1 분별기 상류의 위치에서 공정에 공급하는 단계로서, 이에 의하여 이용될 공정 온도를 낮출 수 있는, 공급 단계를 포함하고,
    상기 메탄-농후 가스 스트림은 50 부피 % 초과의 메탄을 가지는 가스 스트림을 나타내는, 공정.
  20. 벤젠 성분을 제거하기 위한, 메탄 및 벤젠 성분을 함유하는 혼합된 공급물 가스 스트림 전처리용 시스템에 있어서,
    혼합된 공급물 가스를 부분적으로 응축시키기 위한 제1 열교환기,
    제1 메탄-함유 가스 스트림으로부터 C3+ 성분을 함유하는 제1 액체 탄화수소 스트림을 형성하기 위하여 혼합된 공급물 가스를 분리하도록 구성된 제1 분리기,
    제1 메탄-함유 가스 스트림으로부터 생성된 제1 메탄-농후 가스 스트림을 적어도 부분적으로 응축시키도록 구성된 제2 열교환기,
    제1 메탄-농후 가스 스트림으로부터 생성된 제2 액체 탄화수소 스트림으로부터 제2 메탄-함유 가스 스트림을 분리하도록 구성된 제2 분리기,
    제1 액체 탄화수소 스트림 및 제2 액체 탄화수소 스트림으로부터 메탄을 제거하도록 구성된 분별기, 및
    C3 성분 및 C4 성분 중 적어도 하나를 포함하는 용매 스트림을 시스템에 공급하도록 구성된 용매 입구로서, 상기 용매 입구는 제1 또는 제2 분리기 상류, 또는 제2 분리기 하류 및 분별기 상류에 위치하는, 용매 입구를 포함하고,
    상기 메탄-농후 가스 스트림은 50 부피 % 초과의 메탄을 가지는 가스 스트림을 나타내는, 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 제2 분리기 하류에 위치한 팽창기, 팽창기 하류 및 탈메탄화기 상류에 위치한 제3 분리기, 및 탑저 스트림을 제3 분리기로부터 분별기로 공급하도록 구성된 라인을 추가로 포함하는 시스템.
  22. 혼합된 탄화수소 공급물 가스 스트림으로부터 벤젠 화합물을 포함하는 고 동결점 탄화수소를 제거하기 위한 공정에 있어서,
    고 동결점 탄화수소는 탄소수 6 이상의 중질 탄화수소이고,
    혼합된 공급물 가스 스트림을 제1 열교환기에서 냉각하여 C3, C4 및 C5 성분 및 고 동결점 탄화수소의 적어도 일부를 응축시키는 단계,
    응축된 C3, C4 및 C5 성분 및 고 동결점 탄화수소를 제1 분리기에서 분리하여 제1 액체 스트림 및 제1 가스 스트림을 형성하는 단계,
    제1 가스 스트림을 제2 열교환기에서 냉각하거나 또는 제1 가스 스트림의 압력을 감소시켜 제1 가스 스트림을 부분적으로 응축시키는 단계,
    제1 가스 스트림의 응축된 부분을 제2 분리기에서 분리하여 메탄-농후 제2 가스 스트림, 및 제2 액체 스트림을 형성하는 단계,
    제2 분리기 탑정의 하류에서 메탄-농후 제2 가스 스트림을 제거하고, 제1 액체 스트림을 분별 트레인에 공급하고, 제1 액체 스트림을 분별하여 탄화수소 생성물 스트림 및 벤젠 성분을 포함하는 고 동결점 탄화수소 스트림을 획득하는 단계, 및
    제2 액체 스트림의 적어도 일부를 인출하고, 인출된 부분의 압력을 증가시키고, 인출되고 압축된 부분의 적어도 일부를 제1 분리기 상류, 또는 제1 분리기의 위치에서 공정에 재순환시켜 공정 스트림 및 공정 성분의 동결을 방지하는 단계를 포함하고,
    상기 메탄-농후 가스 스트림은 50 부피 % 초과의 메탄을 가지는 가스 스트림을 나타내는, 공정.
  23. 제22항에 있어서, 제2 액체 스트림의 인출되고 압축된 부분의 적어도 일부가 제1 열교환기 상류에서 혼합된 공급물 가스 스트림과 조합되는 공정.
  24. 제22항에 있어서, 제2 액체 스트림의 인출되고 압축된 부분의 적어도 일부가 제1 분리기 상류에서, 또는 제1 분리기에서 냉각된 혼합된 공급물 가스 스트림과 조합되는 공정.
  25. 제22항에 있어서, 제2 액체 스트림의 인출되고 압축된 부분의 적어도 일부가 제1 분리기 하류 및 제2 열교환기 상류에서 냉각된 혼합된 공급물 가스 스트림과 조합되는 공정.
  26. 제24항에 있어서, 제2 액체 스트림의 인출되고 압축된 부분의 일부가 제1 분리기 하류 및 제2 열교환기 상류에서 냉각된 혼합된 공급물 가스 스트림과 조합되는 공정.
  27. 제24항에 있어서, 제1 가스 스트림의 압력은 팽창기에서 감소되는 공정.
  28. 제22항에 있어서, 제1 가스 스트림은 열교환기에서 부분적으로 응축되고, 제2 분리기 하류에 위치하는 제3 분리기의 탑정으로부터 메탄-농후 제2 가스 스트림을 제거하는 것을 추가로 포함하는 공정.
  29. 제28항에 있어서, 탑저 스트림을 제3 분리기로부터 분별 트레인으로 보내는 것을 추가로 포함하는 공정.
  30. 제22항에 있어서, 제1 가스 스트림은 줄 톰슨 밸브 또는 팽창기 중 적어도 하나에서 제1 가스 스트림의 압력을 감소시켜 부분적으로 응축되는 공정.
  31. 제30항에 있어서, 메탄 농후 제2 가스 스트림을 제2 분리기의 탑정으로부터 제거하는 것을 추가로 포함하는 공정.
  32. 제22항에 있어서, 제1 분리기는 다단 분별탑(multistage fractionation tower)을 포함하고, 재순환 스트림은 냉각된 공급물 가스 스트림의 공급 지점 위의 탑에 공급되는 공정.
  33. 제22항에 있어서, 제2 분리기는 다단 분별탑을 포함하고, 재순환 스트림은 냉각된 제1 가스 스트림(10)의 공급 지점 위의 탑에 공급되는 공정.
  34. 제22항에 있어서, 동결 가능성을 감소시키기 위하여 제1 분리기로의 입구에서의 압력을 감소시키기 위한 제2 분리기 입구 감소 밸브를 이용하는 것을 추가로 포함하는 공정.
  35. 제32항에 있어서, 밸브는 줄-톰슨 밸브인 공정.
  36. 제22항에 있어서, 제2 액체 스트림의 인출되고 압축된 부분이 분리기에 들어가기 전에 열교환기 중 하나에서 가열되는 공정.
  37. 제28항에 있어서, 제1, 제2 및 제3 분리기는 단일 수직 쉘 구조물 내에 배열되는 공정.
  38. 제28항에 있어서, 탑저 스트림의 적어도 일부를 제3 분리기로부터 인출하고, 인출된 스트림을 압축하고, 인출되고 압축된 스트림의 적어도 일부를 제2 열교환기 상류의 위치로 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는 공정.
  39. 제38항에 있어서, 인출되고 압축된 스트림은 저 동결점 탄화수소를 포함하고, 저 동결점 탄화수소는 탄소수 5 이하의 경질 탄화수소인 공정.
  40. 벤젠 성분을 제거하기 위한, 메탄 및 벤젠 성분을 함유하는 혼합된 공급물 가스 스트림 전처리용 시스템에 있어서,
    혼합된 공급물 가스를 냉각하고 부분적으로 응축시키기 위한 제1 열교환기,
    C3+ 성분을 함유하는 제1 액체 탄화수소 스트림 및 제1 메탄-함유 가스 스트림을 형성하기 위하여 냉각되고 부분적으로 응축된 혼합된 공급물 가스 스트림을 분리하도록 구성된 제1 분리기,
    제1 메탄-함유 가스 스트림을 팽창시키고 부분적으로 응축시키도록 구성된 팽창기,
    제2 메탄-함유 가스 스트림 및 제2 액체 탄화수소 스트림을 형성하기 위하여 제1 메탄-함유 가스 스트림을 분리하도록 구성된 제2 분리기,
    제1 액체 탄화수소 스트림 및 제2 액체 탄화수소 스트림 중 적어도 하나의 압력을 증가시키도록 구성된 압력-증가 장치, 및
    제1 액체 탄화수소 스트림 및 제2 액체 탄화수소 스트림 중 적어도 하나의 재순환된 부분을 제1 분리기 상류 또는 제1 분리기의 위치에서 시스템에 다시 공급하도록 구성된 재순환 입구를 포함하는, 시스템.
  41. 제40항에 있어서, 압력-증가 장치는 펌프를 포함하는 시스템.
  42. 제40항에 있어서, 재순환 입구는 제2 액체 탄화수소 스트림의 재순환된 부분을 혼합된 공급물 가스 스트림과 조합하도록 구성된 시스템.
  43. 제40항에 있어서, 재순환 입구는 제2 액체 탄화수소 스트림의 재순환된 부분을 냉각하고 부분적으로 응축된 혼합된 공급물 가스와 조합하도록 구성된 시스템.
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