KR20010014038A - 개선된 천연 가스 액화 방법 - Google Patents

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콜에릭티.
킴블에드워드엘.
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    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0235—Heat exchange integration
    • F25J1/0237—Heat exchange integration integrating refrigeration provided for liquefaction and purification/treatment of the gas to be liquefied, e.g. heavy hydrocarbon removal from natural gas
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    • F25J1/0245—Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • F25J1/0249—Controlling refrigerant inventory, i.e. composition or quantity
    • F25J1/025—Details related to the refrigerant production or treatment, e.g. make-up supply from feed gas itself
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    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0204—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the feed stream
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    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0233—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of CnHm with 1 carbon atom or more
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    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
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    • F17C2223/0146—Two-phase
    • F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • F17C2223/0161—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/02—Processes or apparatus using separation by rectification in a single pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/70—Refluxing the column with a condensed part of the feed stream, i.e. fractionator top is stripped or self-rectified
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
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Abstract

본 발명은 메탄이 풍부하고 압력이 약 3103kPa(450psia)을 초과하는 가스 스트림을 액화시키는 방법에 관한 것이다. 가스 스트림은 보다 낮은 압력으로 팽창되어 온도가 약 -112℃(-170℉)를 초과하고 압력이 이의 기포점 이하로 존재하기에 충분한 액체 생성물과 가스 상을 생성시킨다. 그 다음, 가스 상과 액체 생성물을 적합한 분리기에서 상 분리시키고, 액체 생성물을 약 -112℃(-170℉)를 초과하는 온도에서 저장수단으로 도입시킨다.

Description

개선된 천연 가스 액화 방법{Improved process for liquefaction of natural gas}
발명의 분야
본 발명은 천연 가스 액화 방법에 관한 것이며, 보다 특히 가압 액체 천연 가스(pressurized liquid natural gas; PLNG)의 제조방법에 관한 것이다.
발명의 배경
천연 가스는, 이의 깨끗한 연소 특성 및 편리성으로 인해, 최근에 널리 사용되게 되었다. 천연 가스의 다수의 공급원은 가스가 시판되는 시장으로부터 상당히 떨어진 원거리에 위치한다. 생산된 천연 가스를 시장으로 수송하는 데에는 때때로 송유관이 사용된다. 송유관 수송이 가능하지 않은 경우에, 생산된 천연 가스는 흔히 시장으로 수송하기 위해서 액화 천연 가스("LNG"라고 한다)로 가공된다.
LNG 설비의 두드러진 특징들 중의 하나는 설비에 필요한 자본 투자액이 크다는 것이다. 천연 가스를 액화시키는 데 사용되는 장치는 일반적으로 매우 고가이다. 액화 설비는 불순물을 제거하기 위한 가스 처리 설비, 액화 설비, 냉각 설비, 전력 설비 및, 저장 및 선적 설비를 포함하여 수 개의 기본 시스템으로 이루어진다. LNG 설비의 비용은 설비 위치에 따라서 광범위하게 변할 수 있지만, 통상적인 LNG 계획안에 드는 비용은 현장 개발 비용을 포함하여 50억 내지 100억 달러일 수 있다. 설비의 냉각 시스템이 비용의 30%까지 차지할 수 있다.
LNG 설비의 설계에 있어서, 세가지의 가장 중요한 고려 사항은 (1) 액화 사이클의 선택, (2) 용기, 파이프 및 기타 장치에 사용되는 재료 및 (3) 천연 가스 공급 스트림을 LNG로 전환시키는 공정 단계들(3)이다.
천연 가스를 액화시키는 데 많은 횟수의 냉각이 필요하기 때문에, LNG 냉각 시스템은 고가이다. 통상적인 천연 가스 스트림은 약 4,830kPa(700psia) 내지 약 7,600kPa(1,100psia)의 압력 및 약 20℃(68℉) 내지 약 40℃(104℉)의 온도에서 LNG 설비로 도입된다. 대부분이 메탄인 천연 가스는 에너지 용도로 사용되는 중질 탄화수소의 경우와 같이 단순히 압력을 증가시킴으로써 액화시킬 수는 없다. 메탄의 임계 온도는 -82.5℃(-116.5℉)이다. 이는 메탄이 가해진 압력에 관계없이 단지 임계 온도 미만에서 액화될 수 있음을 의미한다. 천연 가스는 가스들의 혼합물이기 때문에, 일정한 온도 범위에 걸쳐 액화된다. 천연 가스의 임계 온도는 약 -85℃(-121℉) 내지 -62℃(-80℉)이다. 통상적으로, 대기압에서의 천연 가스 조성물은 약 -165℃(-265℉) 내지 -155℃(-247℉)의 온도 범위에서 액화된다. 냉각 장치가 LNG 설비 비용의 상당한 부분을 차지하기 때문에, 냉각 비용을 감소시키기 위해 상당히 노력해 왔다.
천연 가스를 액화시키는 데 다수의 냉각 사이클이 사용되지만, 오늘날 LNG 설비에서 가장 통상적으로 사용되는 세가지 유형은 가스의 온도를 액화 온도로 감소시키기 위해 점진적으로 배열되어 있는 열 교환기에서 다수의 단일 성분 냉매들을 사용하는 "캐스케이드 사이클(cascade cycle)"(1), 특수 설계된 교환기에서 다성분 냉매를 사용하는 "다성분 냉각 사이클"(2) 및 온도를 상응하게 감소시키면서 가스를 고압으로부터 저압으로 팽창시키는 "팽창 사이클"(3)이다. 대부분의 천연 가스 액화 사이클은 이들 세가지 기본 유형을 변형하거나 조합해서 사용한다.
팽창 시스템은 가스를 선택된 압력으로 압축시키고, 냉각시킨 다음, 팽창 터빈을 통해 팽창시킴으로써 작업을 수행하고 가스의 온도를 감소시킬 수 있는 원리로 작동된다. 이러한 팽창으로 가스의 일부가 액화될 수 있다. 그 다음, 저온 가스는 열 교환되어 공급물이 액화된다. 팽창으로부터 수득되는 전력은 통상적으로 냉각 사이클에 사용되는 주요 압축 전력의 일부를 공급하는 데 사용된다. LNG를 제조하기 위한 팽창 방법의 예는 미국 특허 제3,724,226호, 제4,456,459호 및 제4,698,081호 및 국제공개공보 제WO 97/13109호에 기재되어 있다.
통상적인 LNG 설비에 사용되는 재료도 설비 비용에 포함된다. LNG 설비에 사용되는 용기, 파이프 및 기타 장치는 통상적으로 저온에서 필수적인 강도와 파쇄 인성을 제공하기 위해 적어도 일부분은 알루미늄, 스테인레스 강철 또는 니켈 함량이 높은 강철로 구성된다.
통상적인 LNG 설비에서, 물, 이산화탄소, 황 함유 화합물(예: 황화수소), 기타 산 가스, n-펜탄, 및 벤젠을 포함하는 중질 탄화수소는 ppm 미만의 양으로 천연 가스 가공으로부터 실질적으로 제거되어야 한다. 이들 화합물 중의 몇몇은 공정 장치 속에서 동결되어 플러깅 문제(plugging problem)를 야기시킨다. 황 함유 화합물과 같은 기타 화합물은 통상적으로 판매 내역을 충족시키기 위해 제거된다. 통상적인 LNG 설비에서, 이산화탄소와 산 가스를 제거하기 위한 가스 처리 장치가 요구된다. 가스 처리 장치는 통상적으로 화학약품 및/또는 물리적 용매 재생 공정을 사용하고 상당한 자본 투자를 요구한다. 또한, 가동 비용도 높다. 수증기를 제거하기 위해 분자 체와 같은 무수 베드 탈수 장치가 필요하다. 플러깅 문제를 야기시키는 경향이 있는 탄화수소를 제거하기 위해서 스크럽 칼럼과 분별 장치가 통상적으로 사용된다. 수은은 알루미늄으로 구성된 장치에서 파손을 야기시킬 수 있기 때문에, 수은 또한 통상적인 LNG 설비에서 제거된다. 또한, 통상적인 LNG를 수송하는 동안 질소는 액상으로 잔류하지 않고 운송시 LNG 용기 속에 질소 증기가 존재하는 것이 바람직하지 않기 때문에, 천연 가스에 존재할 수 있는 대부분의 질소는 가공 후에 제거된다.
당해 산업분야에서는 필요한 처리 장치의 양을 감소시키는 개선된 천연 가스 액화방법이 계속해서 요망되고 있다.
개요
본 발명은 메탄이 풍부한 공급 가스 스트림을 액화시키기 위한 개선된 방법에 관한 것이다. 공급 가스 스트림의 압력은 약 3,100kPa(450psia)를 초과한다. 압력이 너무 낮은 경우, 가스는 먼저 압축될 수 있다. 가스는 적합한 팽창 수단에 의해 압력 팽창으로 액화되어, 온도가 약 -112℃(-170℉)를 초과하고 압력이 이의 기포점 이하로 존재하기에 충분한 액체 생성물이 생성된다. 팽창 전에, 가스는 액지 않은 채 팽창 수단을 통과하는 재순환 증기에 의해 냉각되는 것이 바람직하다. 상 분리기는 팽창 수단에 의해 액화되지 않은 가스들로부터 액체 생성물을 분리시킨다. 그 다음, 상 분리기로부터의 액체 생성물은 약 -112℃(-170℉)를 초과하는 온도에서 생성물의 저장기 또는 수송기로 도입된다.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 공급 가스가 메탄보다 중질의 성분들을 함유하는 경우, 대부분의 중질 탄화수소는 압력 팽창에 의한 액화 이전에 분별 공정에 의해 제거된다.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 액화 천연 가스의 증발로부터 생성된 연료 증발 가스를 압력 팽창에 의한 액화용 공급 가스에 가하여 가압 액체 천연 가스(PLNG)를 생성시킬 수 있다.
본 발명의 방법은 저장용 또는 수송용 공급원에서 천연 가스를 초기 액화시키는 데 사용할 수 있고, 저장 및 선적 도중에 생성되는 천연 가스 증기를 재액화시키는 데도 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 천연 가스의 액화용 또는 재액화용의 개선된 액화 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 압축 전력이 선행 기술의 시스템보다 덜 요구되는, 개선된 액화 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 가동시 경제적이고 효율적인 개선된 액화방법을 제공하는 것이다. 통상적인 LNG의 극저온 냉각 공정은 본 발명에 따르는 PLNG 생성시에 필요한 비교적 온화한 냉각 공정에 비해 비용이 매우 많이 든다.
본 발명 및 이의 잇점은 다음 상세한 설명 및 본 발명의 대표적인 양태의 도식적인 흐름도인 첨부된 도면을 참고함으로써 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 PLNG를 생성시키는, 본 발명의 하나의 양태의 도식적인 흐름도이다.
도 2는 천연 가스가 압력 팽창에 의한 액화 이전에 밀폐 순환 냉각 시스템(closed cycle refrigeration system)에 의해 예비냉각되는, 본 발명의 제2 양태의 도식적인 흐름도이다.
도 3은 공급 천연 가스가 PLNG로 액화되기 전에 분별되는, 본 발명의 제3 양태의 도식적인 흐름도이다.
도 4는 밀폐 순환 냉각 시스템과 압력 팽창을 사용하여 PLNG를 생성시키는, 도 3에 도시된 방법과 유사한 본 발명의 제4 양태의 도식적인 흐름도이다.
도면에 도시된 흐름도는 본 발명의 방법을 수행하는 다양한 양태를 나타낸다. 도면은 이들 특정 양태의 정상적이고 예측되는 변형의 결과인 다른 양태들을 본 발명의 범위로부터 배제하고자 하는 것이 아니다. 펌프, 밸브, 유동 스트림 혼합기, 제어 시스템 및 센서와 같은 필요한 각종 하부시스템은 간단하고 명확하게 나타내기 위해서 도면에 나타내지 않았다.
바람직한 양태의 설명
본 발명은 온도가 약 -112℃(-170℉)를 초과하고 압력이 이의 기포점 이하로 존재하기에 충분한, 메탄이 풍부한 액체 생성물을 생성시키는, 압력 팽창에 의한 개선된 천연 가스 액화방법에 관한 것이다. 메탄이 풍부한 생성물은 본 명세서에서는 때때로 가압 액체 천연 가스("PLNG")라고도 한다. "기포점"이란 액체가 가스로 전환되기 시작하는 온도 및 압력이다. 예를 들면, 특정 용적의 PLNG를 일정한 온도에서 유지시키고 이의 온도를 증가시키는 경우, 가스의 기포가 PLNG 속에서 형성되기 시작하는 온도가 기포점이다. 유사하게, 특정 용적의 PLNG를 일정한 온도에서 유지시키고 압력을 감소시키는 경우, 가스가 형성되기 시작하는 압력이 기포점이다. 기포점에서, 혼합물은 포화 액체이다.
본 발명의 가스 액화방법에서는 천연 가스를 액화시키기 위해 선행기술에서 사용했던 방법에서의 전력보다 작은 전력이 필요하고, 본 발명의 방법에 사용되는 장치는 선행기술의 방법에서 사용된 장치의 재료보다 저렴한 재료로 제조될 수 있다. 대조적으로, 대기압에서 -160℃(-256℉)로 낮은 온도의 LNG를 생성하는 선행기술의 방법은 안전한 작동을 위해 고가의 재료로 이루어진 공정 장치를 필요로 한다.
본 발명의 수행시, 천연 가스를 액화시키는 데 필요한 에너지는 통상적인 LNG 설비의 에너지 요구량에 비해 상당히 작다. 본 발명의 방법에 요구되는 필수 냉각 에너지를 감소시킴으로써 자본 지출이 상당히 감소하고, 비례적으로 가동 비용이 적어지고, 효율 및 신뢰도가 증가하여, 액화 천연 가스를 제조하는 경제성을 대단히 향상시킨다.
본 발명의 가동 압력 및 온도에서, 약 3½중량%의 니켈을 함유하는 강철이 파이프 및 액화 공정의 가장 저온 영역에 위치하는 설비에 사용될 수 있는 반면, 통상적인 LNG 공정에서는 동일한 장치에 대해 보다 고가인 9중량%의 니켈 또는 알루미늄이 일반적으로 요구된다. 이는 선행 기술의 LNG 공정과 비교하여 본 발명의 방법에 있어서 또 다른 상당한 비용 감소를 제공한다.
천연 가스의 저온 가공에 있어서 첫번째 고려사항은 오염이다. 본 발명의 방법에 적합한 원료 천연 가스 공급 스톡은 조악한 유정(oil well)(결합된 가스) 또는 가스 정(gas well)(결합되지 않은 가스)으로부터 수득된 천연 가스를 포함할 수 있다. 천연 가스의 조성은 상당히 다양할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 천연 가스 스트림은 메탄(C1)을 주요 성분으로서 함유한다. 천연 가스는 통상적으로 에탄(C2), 고급 탄화수소(C3+) 및, 물, 이산화탄소, 황화수소, 질소, 부탄, 탄소수 6 이상의 탄화수소, 오물, 황화철, 왁스 및 조 오일과 같은 소량의 오염물을 함유하기도 한다. 이러한 오염물의 용해도는 온도, 압력 및 조성에 따라서 변한다. CO2, 물 및 기타 오염물들은 저온에서 고체를 형성하여 저온 열 교환기의 유동 통로를 막을 수 있다. 이러한 잠재적인 난점은, 이들의 순수한 성분에 대한 조건, 즉 고체 상 온도-압력 상 경계가 예측되는 경우, 이들 오염물을 제거함으로써 방지될 수 있다. 다음 발명의 설명에서, 천연 가스 스트림은 "무염, 무수" 천연 가스 스트림을 생성시키기 위해 통상적이고 익히 공지되어 있는 방법을 사용하여, 황화물과 이산화탄소를 제거하기 위해 적합하게 처리되고 물을 제거하기 위해 건조된 것으로 가정한다. 천연 가스 스트림이 액화 도중에 동결할 수 있는 중질 탄화수소를 함유하거나 중질 탄화수소가 PLNG에 바람직하지 않은 경우, 중질 탄화수소는, 이후에 보다 상세하게 기술되는 바와 같이, PLNG를 제조하기 전에 분별 공정으로 제거될 수 있다.
본 발명의 하나의 잇점은 보다 온난한 작동 온도로 인해 천연 가스의 동결 가능한 성분의 농도가 통상적인 LNG 공정에서 가능한 농도보다 높을 수 있다는 것이다. 예를 들면, -160℃(-256℉)에서 LNG를 제조하는 통상적인 LNG 설비에서는 CO2는 약 50ppm 미만이어야 동결 문제를 방지할 수 있다. 대조적으로, 약 -112℃(-170℉)를 초과하는 공정 온도를 유지시킴으로써 천연 가스는 본 발명의 액화 공정 도중에 동결 문제를 야기시키지 않으면서 -112℃(-170℉)에서 약 1.4mol% 및 -95℃(-139℉)에서 약 4.2mol%로 높은 농도의 CO2를 함유할 수 있다.
또한, 천연 가스 속의 적당한 양의 질소는, 본 발명의 가동 압력 및 온도에서 액화 탄화수소와 함께 액상으로 잔류하기 때문에, 본 발명의 방법에서는 제거할 필요가 없다. 천연 가스의 조성이 허용하는 경우, 가스 처리 및 질소 거부에 필요한 장치를 감소시키거나, 몇몇 경우, 생략함으로써 상당한 기술적 잇점 및 경제적 잇점을 제공한다. 본 발명의 이러한 잇점 및 기타 잇점은 도면을 참고함으로써 보다 잘 이해될 것이다.
도 1을 참고하면, 천연 가스 공급 스트림(10)은 바람직하게는 약 3,100kPa(450psia)를 초과하는 압력, 보다 바람직하게는 약 4,827kPa(700psia)를 초과하는 압력 및 바람직하게는 약 40℃(104℉) 미만의 온도에서 액화 공정에 도입되지만, 경우에 따라, 상이한 압력 및 온도가 사용될 수 있고, 따라서 시스템은 당해 기술분야의 숙련인들에 의해 본 발명의 교시 사항을 알고 난 후 적합하게 변형될 수 있다. 가스 스트림(10)의 압력이 약 3,102kPa(450psia) 미만인 경우, 이는 하나 이상의 압축기를 포함할 수 있는 적합한 압축 수단(도시하지 않음)으로 가압될 수 있다.
가압된 공급 스트림(10)은 하나 이상의 열 교환기(20)에 의해 냉각된다. 냉각된 공급 스트림(11)은 하나 이상의 적합한 팽창 수단(30)에 의해 팽창된다. 팽창기는 적합한 압축기, 펌프 또는 발전기에 샤프트-결합될 수 있는 시판되는 유형의 터보 팽창기로서, 팽창기로부터 수득된 일이 유용한 기계적 에너지 및/또는 전기 에너지로 전환되도록 하여 전체 시스템에 대해서 에너지를 상당히 절약하도록 할 수 있다.
팽창 수단(30)은 적어도 일부 천연 가스 스트림(11)을 액화시켜 스트림(12)을 생성시킨다. 스트림(12)은 통상적인 상 분리기(40)로 운송되어 온도가 약 -112℃(-170℉)를 초과하고 압력이 이의 기포점 이하로 존재하기에 충분한 PLNG인 액체 생성물 스트림(13)을 생성시킨다 PLNG는 약 -112℃(-170℉)를 초과하는 온도에서 격납용으로 적합한 저장 또는 수송 수단(90)(예: 송유관, 고정식 저장 탱크 또는 PLNG 선적, 트럭 또는 기동차와 같은 운송 수단)으로 통과된다. 액상으로 잔류하는 액체 생성물의 온도는 생성물의 임계 온도 미만이어야 하는데, 통상적으로 -62℃(-80℉) 미만이다. 분리기(40)는 또한 상부 증기 스트림(14)을 생성시켜 열 교환기(20)로 통과시키는데, 여기서 증기 스트림(14)은 공급 스트림(10)을 냉각시킨다. 하나 이상의 압축기가 증기 스트림(15)을 압축시킨다. 도 1은 재순환 증기를 대략 도입되는 공급 스트림(10)의 압력으로 재가압하는 하나의 압축기(50)의 바람직한 용도를 보여준다. 그러나, 추가의 압축기들이 본 발명의 수행시에 사용될 수 있다. 압축된 가스 스트림(16)은 열 교환기(60)에 의해 냉각되어 다른 곳에서 사용하기 위한 발열량을 회복하거나, 이러한 냉각은 공기 또는 물을 사용하여 수행될 수 있다. 냉각된 증기 스트림(17)은, 열 교환기(60)로부터 방출된 후, 공급 스트림(10)과 합해져서 재순환된다. 이러한 양태에서, 공급 스트림은 밀폐된 루우프 냉각 시스템(closed-loop refrigeration system) 없이도 액화될 수 있다.
액화 천연 가스의 저장, 수송 및 취급시, 액화 천연 가스의 증발로 인해 생성된 상당량의 "연료 증발(boil-off)" 증기가 존재할 수 있다. 본 발명은 특히 PLNG에 의해 생성된 연료 증발 증기를 액화시키는 데 적합하다. 도 1을 참고하면, 연료 증발 증기는 라인(18)을 통해 액화 공정에 도입되어 증기 스트림(14)과 합해져서 위에서 기재한 바와 같이 재순환된다. 연료 증발 증기의 압력은 바람직하게는 가스 스트림(14)의 압력이거나 그 부근이어야 한다. 연료 증발 증기의 압력이 스트림(14)의 압력 미만인 경우, 연료 증발 증기는 통상적인 압축 수단(도 1에 도시하지 않음)에 의해 가압될 수 있다.
소량의 증기 스트림(15)은 공정으로부터 연료(스트림(19))로서 임의로 제거되어 액화 공정의 압축기와 펌프를 작동시키는 데 필요한 일부 전력을 공급한다. 이러한 소량은 공정으로부터 분리기(40)로부터 방출된 후 어떠한 지점에서든지 회수될 수 있지만, 연료는 열 교환기(20)에 의해 가온된 후 공정으로부터 제거되는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 방법의 또 다른 양태를 도시하며, 이러한 양태에서, 도 1과 같은 숫자로 표기된 부품은 도 1에서와 같은 작용을 한다. 그러나, 당해 기술 분야의 숙련인들은 하나의 양태로부터 다른 양태의 공정 장치들이 상이한 유체 유량, 온도 및 조성물을 취급하기 위한 크기 및 용량이 변할 수 있음을 인지할 것이다. 도 2에 도시되어 있는 양태는, 공급 스트림(10)이 열 교환기(70)에 의해 추가로 냉각되는 점을 제외하고는 도 1에 도시된 양태와 유사하다. 도 2의 양태는 재순환 스트림(14)의 양을 감소시키고 도 1의 양태보다 적은 전력을 필요로 한다. 열 교환기(70)에서의 냉각은 통상적인 밀폐된 루우프 냉각 시스템(80)에 의해 제공된다. 당해 냉각 시스템에 대한 냉매는 프로판, 프로필렌, 에탄, 이산화탄소 또는 다른 적합한 냉매일 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 양태를 도시한다. 당해 양태는 중질 탄화수소를제거하기 위한 시스템을 포함하고 가압된 가스를 최종 액화 단계의 상부로 분열 유동 배열시킴을 포함한다. 이러한 분열 유동 배열은 주요 액화 교환기(142)에서의 보다 근접한 접근을 허용함으로써 도 2의 양태에 비해 전체 전력 요구량을 감소시킬 수 있다. 분열 유동 배열은 또한 LNG 또는 PLNG 선적 및 비선적 작업으로부터의 다양한 양의 연료 증발 가스를 취급하는 데 있어서 보다 많은 작동 융통성을 허용한다. 도 3을 참고하면, 공급 스트림(100)은 분리기(130)로 도입되고, 여기서 스트림은 두 개의 별개 스트림, 즉 증기 스트림(101)과 액체 스트림(102)으로 분배된다. 도 3에는 도시되어 있지 않지만, 공급 스트림(100)은 분리기(130)로 공급되기 전에 적합한 냉각 시스템에 의해 냉각될 수 있다. 액체 스트림(102)은 통상적인 탈메탄화기(131)를 통과한다. 증기 스트림(101)은 두 개 이상의 압축기와 냉각기를 통과하여, 증기 스트림(101)의 압력은 공급 가스 압력으로부터 약 10,343kPa(1,500psia)로 상승한다. 도 3에는, 가스를 가압시키기 위한 일련의 두 개의 압축기(132와 133)와 각각의 압축 단계 후에 압축된 가스를 냉각시키기 위한 통상적인 열 교환기(134와 135)가 도시되어 있다. 증기 스트림(101)이 열 교환기(135)로부터 방출된 후, 리보일러(reboiler)(136)는 탈메탄화기(131)로부터의 액체를 사용하여 스트림(101)을 추가로 냉각시킨다. 냉각된 스트림(101)은 리보일러(136)로부터 통상적인 상 분리기(137)로 운송된다. 분리기(137)로부터의 증기 스트림(103)은 통상적인 터보 팽창기(138)에 의해 팽창됨으로써 가스 스트림 압력을 감소시킨 후, 탈메탄화기(131)의 상부로 도입된다. 터보 팽창기(138)는 바람직하게는 압축기(132)를 작동시키는 데 필요한 전력의 적어도 일부를 공급한다. 분리기(137)로부터의 액체는 라인(104)을 통해 탈메탄화기(131)의 중간 부분으로 공급된다.
액체가 탈메탄화기 칼럼(131)으로 공급되면, 이는 중력하에 아래쪽으로 유동한다. 이렇게 유동하는 동안에, 액체는 상승하는 증기와 접촉하고, 액체가 상부로 통과할 때, 액체로부터 메탄이 스트립핑된다. 이러한 스트립핑 공정은 실질적으로 탈메탄화된 액체 생성물을 생성시켜 탈메탄화기 칼럼(131)의 저부로 스트림(105)으로서 제거한다.
탈메탄화기 칼럼으로부터 방출된 상부 증기 스트림(106)은 열 교환기(139)로 운송된다. 열 교환기(139)로 가열한 후, 가온된 증기 스트림(107)의 일부를 가스 액화 설비용 연료로서 사용하기 위해 회수한다(스트림(108)). 그 다음, 스트림(107)의 또 다른 일부는 일련의 압축기(140과 141)와 열 교환기(142와 143)를 통과하여 증기 스트림의 압력을 증가시키고 각각의 압축 단계 이후에 냉각시킨다. 압축 단계의 수는 바람직하게는 2 내지 4이다. 열 교환기(142)로부터 방출된 스트림의 일부를 회수하여 스트림(110)으로서 열 교환기(139)로 통과시켜 스트림(110)을 추가로 냉각시킨다. 스트림(110)으로서 분할되는 스트림(109)의 최적 분획은 스트림(109)의 온도, 압력 및 조성에 좌우된다. 이러한 최적화는 본 명세서에 제시된 교시 사항을 기본으로 하여 당해 기술분야의 숙련인들에 의해 수행될 수 있다. 스트림(110)은 열 교환기(139)로부터 방출된 후에 터보 팽창기(144)와 같은 팽창 수단으로 통과됨으로써, 스트림(110)은 적어도 부분적으로 액화되어 스트림(111)을 생성시킨다. 그 다음, 스트림(111)은 통상적인 상 분리기(145)를 통과한다. 상 분리기(145)는 온도가 약 -112℃(-170℉)를 초과하고 압력이 이의 기포점 이하로 존재하기에 충분한 PLNG(스트림(121))를 생성시킨다. PLNG는 -112℃(-170℉)를 초과하는 온도에서 PLNG 저장용으로 적합한 저장수단(153)으로 이동한다. 분리기(145)는 가압된 가스 증기 스트림(115)도 생성시키는데, 이는 스트림(106)과 합해져서 재순환된다.
열 교환기(143)로부터 방출된, 냉각된 스트림(112)은 터보 팽창기(146)와 같은 적합한 팽창 수단을 통과하여 압력이 감소되고 추가로 냉각된다. 터보 팽창기(146)는 천연 가스 스트림(112)을 적어도 부분적으로 액화시킨다. 부분적으로 액화된 스트림은 터보 팽창기(146)로부터 방출된 후, 상 분리기(147)를 통과하여 액체 스트림(113)과 증기 스트림(114)을 생성시킨다. 증기 스트림(114)은 역으로 운송되어 상부 증기 스트림(106)과 합해져서 재순환된다. 분리기(147)로부터 방출된 액체 스트림(113)은 스트림(111)과 합해진다.
탈메탄화기(131)로부터 방출된 액체 스트림(105)은 통상적인 응축 안정화기(150)를 통과하여 에탄과 기타 경질 탄화수소(light hydrocarbon), 주로 메탄이 풍부한 상부 스트림(116)을 생성시킨다. 상부 증기 스트림(116)은 상부 증기 스트림(116)을 냉각시키는 열 교환기(151)를 통과한다. 그 다음, 스트림(116)의 일부분은 환류 스트림(117)으로서 응축 안정화기(150)로 반송된다. 스트림(116)의 잔여 부분은 압축기(152)를 통과하여, 스트림(116)의 압력은 대략 스트림(107)의 압력으로 증가된다. 상부 스트림(116)은 압축된 후, 냉각되고, 냉각된 가스(스트림(118))는 스트림(107)과 혼합된다. 응축 안정화기(150)의 아래로 방출된 액체는 응축 생성물(스트림(119))로서 수득 가능하다.
본 발명의 방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 연료 증발 증기를 임의로 재액화시킬 수 있다. 연료 증발 증기는 라인(120)을 통해서 도 3에 도시된 공정으로 도입되어 상부 증기 스트림(106)과 합해질 수 있다.
도 4를 참고하면, 공급 스트림(201)은 분리기(230)로 도입되어, 두 개의 별개 스트림, 즉 증기 스트림(202)과 액체 스트림(203)으로 분배된다. 이러한 양태는 전력 요구량과 공정 장치의 크기를 최소화하기 위한 외부 냉각 루프(external refrigeration loop)를 도시하고, 냉각을 위한 분별 트레인(fractionation train)은 냉각 루프를 보충한다. 액체 스트림(203)은 탈메탄화기 칼럼(231)을 통과한다. 증기 스트림(202)은 하나 이상의 압축 단계, 바람직하게는 2단계 압축으로 압축된다. 간단히 나타내기 위해서, 도 4에는 하나의 압축기(232)만 나타낸다. 압축된 증기는 바람직하게는 각각의 압축 단계 후에 통상적인 공기 또는 수 냉각기(예: 냉각기(234))로 냉각된다. 가스 스트림(202)은 냉각기(234)로부터 방출된 후에 리보일러(235)에 의해 냉각되는데, 탈메탄화 액체는 탈메탄화기 칼럼(231)으로부터 리보일러(235)를 통해 유동한다. 리보일러(235)로부터 냉각된 스트림(202)은 통상적인 밀폐된 루우프 냉각 시스템(238)(이의 냉매는 프로판이 바람직하다)에 의해 냉각되는 열 교환기(236과 237)에 의해 냉각된다. 열 교환기(236과 237)로부터 냉각된 천연 가스는 통상적인 상 분리기(238)에서 다시 분리된다. 분리기(238)로부터의 증기 스트림(204)은 터보 팽창기(239)에 의해 팽창되어 탈메탄화기(231)의 상부로 도입되기 전에 가스 스트림 압력을 감소시킨다. 터보 팽창기(239)는 바람직하게는 압축기(232)용 전력을 제공한다. 분리기(238)로부터의 액체는 라인(205)을 통해서 탈메탄화기(231)의 중간 부분으로 도입된다.
탈메탄화기(231)로부터 방출된 상부 증기 스트림(207)은 열 교환기(240)로 운송된다. 열 교환기(24)로부터 방출된 스트림(208)의 일부분은 가스 액화 설비용 연료로서 사용하기 위해 임의로 회수될 수 있다(스트림(209)). 스트림(208)의 잔여 부분은 하나 이상의 압축기(241)에 의해 바람직하게는 약 5,516kPa(800psia) 내지 13,790kPa(2,000psia)의 압력으로 압축된다. 그 다음, 압축된 가스는 일련의 열 교환기(242, 243 및 244)를 통과하면서 냉각되어 스트림(210)을 생성시킨다. 열 교환기(242)는 바람직하게는 공기 또는 물에 의해 냉각된다. 열 교환기(243과 244)는 바람직하게는 열 교환기(236과 237)의 냉각용으로 사용되는 시스템과 동일한 냉각 시스템(238)에 의해 냉각된다. 스트림(210)의 일부분은 스트림(211)으로서 냉각 작용을 하는 열 교환기(240)를 통과하여 증기 스트림(211)을 추가로 냉각시킨다. 열 교환기(240)로부터 방출된 스트림(211)은 터보 팽창기(245)와 같은 팽창 수단을 통과함으로써 적어도 부분적으로 액화되어 스트림(212)을 생성시킨다. 그 다음, 스트림(212)은 통상적인 상 분리기(246)로 통과된다.
스트림(211)이 회수된 후에 잔류하는 스트림(210)의 일부분은 가스 압력을 감소시키고 가스 스트림을 추가로 냉각시키는 터보 팽창기(248)와 같은 적합한 팽창 수단으로 통과된다. 터보 팽창기(248)는 적어도 부분적으로 액체 천연 가스인 스트림(213)을 생성시킨다. 스트림(213)은 통상적인 상 분리기(249)를 통과하여 액체 스트림(214)과 증기 스트림(215)을 생성시킨다. 스트림(215)은 탈메탄화기의 상부 증기 스트림(207)과 합해져서 재순환된다. 액체 스트림(214)은 스트림(212)과 합해져서 분리기(246)를 통과하여 가스 스트림(216)과 액체 스트림(217)으로 분리된다. 증기 스트림(216)은, 증기 스트림(215)과 같이, 탈메탄화기 상부 스트림(207)과 합해져서 재순환된다. 액체 스트림(217)은 온도가 약 -112℃(-170℉)를 초과하고 압력이 이의 기포점 이하로 존재하기에 충분한 PLNG이며, 이는 적합한 저장 용기(258)로 수송되어 약 -112℃(-170℉)를 초과하는 온도에서 저장된다.
탈메탄화기(231)로부터 방출된 액체 스트림(206)은 일련의 분별 칼럼(250, 251 및 252)을 포함하는 분별 시스템을 통과한다. 분별 칼럼(250)은 통상적인 탈에탄화기로서, 에탄과 기타 경질 탄화수소, 주로 메탄이 풍부한 상부 스트림을 생성시킨다. 상부 증기 스트림(218)은 열 교환기(253)를 통과하여 연료 스트림(209)을 가온한다. 증기 스트림(218)은 열 교환기(253)를 통과한 후에 통상적인 상 분리기(254)를 통과하여 증기 스트림(220)과 액체 스트림(221)을 생성시킨다. 액체 스트림(221)은 환류에 의해 탈메탄화기 칼럼(250)으로 반송된다. 증기 스트림(220)은 스트림(208)과 합해진다.
탈에탄화기(250)의 아래로 방출된 액체는 열 교환기(257)에 의해 냉각되어 탈프로판화기(251)를 통과한다. 탈프로판화기(251)로부터의 상부 증기는 프로판이 풍부하여 냉각 시스템(238)용 프로판 보충물로서 임의로 사용될 수 있다. 탈프로판화기(251)의 저부로부터 방출된 액체는 탈부탄화기(252)를 통과한다. 탈부탄화기의 저부로부터 방출된 액체는 액체 응축물(스트림(222))로서 공정으로부터 회수된다. 탈부탄화기(252)로부터의 상부 증기의 적어도 일부분은 라인(223)을 통해서 열 교환기(255)를 통과하여 냉각된다. 이 증기 스트림(223)은 압축기(256)를 통과하여, 스트림(223)의 압력이 대략 스트림(208)의 압력으로 증가된다. 압축된 스트림은 압축기(256)로부터 방출된 후에 스트림(220)과 합해진다.
연료 증발 증기는 임의로 라인(224)을 통해 본 발명의 공정에 도입되어 상부 증기 스트림(207)과 합해진다.
실시예
도면에 도시된 양태를 예시하기 위해 물질 및 에너지에 대한 모의 실험을 수행하고, 그 결과를 표 1, 3, 4 및 5에 제시한다. 표에 제시된 데이타는 도면에 나타낸 양태를 보다 잘 이해시키기 위해 제공되는 것이지, 본 발명을 이에 제한하기 위한 것으로 이해해서는 안된다. 표에 제시된 온도 및 유량은 본 발명에 대한 제한으로 간주되어서는 안되며, 본 발명의 교시 사항에 비추어 온도 및 유량에 대한 다수의 변형이 있을 수 있다.
데이타는 HYSYSTM라고 하는 시판되는 공정 모의 실험 프로그램을 사용하여 수득된 것이지만, 예를 들면, 당해 기술분야의 숙련인들에게 익숙한 HYSIMTM, PROIITM및 ASPEN PLUSTM을 포함하는 기타 시판되는 공정 모의 실험 프로그램을 사용하여 데이타를 개발시킬 수 있다.
본 발명에 따라서 PLNG를 생성시키는 데 필요한 전력은 대기압 부근 조건 및 -164.5℃(-264℉)의 온도에서 팽창 방법을 사용하여 LNG를 생성시키는 데 필요한 전력보다 훨씬 적다. 표 2와 표 1을 비교함으로써 이러한 전력 차이가 입증된다. 표 2에는 대기압 부근에서 LNG를 생성시키는 도 1의 유동 공정을 사용하여 모의실험된 물질 및 에너지의 결과가 제시되어 있다. 표 2의 결과는 대기압 부근에서 액체 생성물을 생성시키고, 상당히 감소된 양의 연료 증발 증기가 공정으로 도입되며 단계화된 재순환 압축(도 1에 나타낸 하나의 압축기(50) 대신에 네 개의 재순환 압축기)이 필요한 것을 기본으로 한다. 이러한 두가지 모의실험에서, 통상적인 LNG를 제조하는 데 필요한 총 설비 전력(표 2의 데이타 참조)은 PLNG를 제조하는 데 필요한 전력(표 1의 데이타 참조)의 2배 이상이다. 도 2에 도시한 바와 같이, PLNG 팽창 공정에 대한 개선법은 통상적인 LNG 공정도 개선시킬 수 있다. 그러나, 통상적인 LNG에 대한 설비 전력 대 본 발명에 따르는 PLNG 공정에 대한 설비 전력의 비는 크게 변하지 않는다. 본 발명의 PLNG 공정은 대기압에서 LNG를 제조하는 통상적인 팽창 방법을 사용하는 경우의 전력의 약 1/2의 전력을 필요로 한다.
표 3에 제시된 데이타는 도 2에 도시된 양태를 보다 잘 이해시키기 위해 제공하는 것이다. 도 1에 제시된 양태와 비교시, 도 2의 양태의 총 설비 전력 요구량은 프로판 냉각 시스템을 부가함으로써 198,359kW(266,000hp)로부터 111,857kW(150,000hp)로 감소시킬 수 있다. 당해 기술분야의 숙련인들은 공정을 최적화함으로써 필요한 전력을 추가로 감소시킬 수 있다.
표 4에 제시된 데이타는 도 3에 도시된 양태를 보다 잘 이해시키기 위해서 제공하는 것이다. 도 3과 도 4에서의 공급 가스는 도 1과 도 2의 공급 가스와 조성과 조건이 상이하다.
표 5에 제시된 데이타는 도 4에 도시된 양태를 보다 잘 이해시키기 위해서 제공하는 것이다. 당해 공정은 필요한 설비 전력을 도 3에 도시된 양태에 대한 설비 전력에 비해 상당히 낮춤으로써 프로판 냉각 시스템의 잇점을 다시 한번 입증한다.
당해 기술 분야의 숙련인, 특히 당해 특허원의 교시 사항의 잇점을 갖는 사람은 위에서 기재된 특정 공정에 대한 다수의 변형 및 변화를 인지할 것이다. 예를 들면, 본 발명에 따라서 사용되는 다양한 온도 및 압력은 시스템의 전체적인 설계 및 공급 가스의 조성에 좌우된다. 또한, 공급 가스 냉각 트레인은 전체적인 설계 요건에 따라 보충되거나 변형되어 최적의 효율적인 열 교환 요건을 성취할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 구체적으로 기재된 양태 및 실시예는 다음 청구의 범위와 이의 등가물에 의해 결정되는 본 발명의 범위를 제한하거나 한정하는 것으로 사용되어서는 안된다.

Claims (22)

  1. 가스 스트림을 약 3103kPa(450psia)을 초과하는 압력에서 제공하는 단계(a),
    가스 스트림을 보다 낮은 압력으로 팽창시켜, 온도가 약 -112℃(-170℉)를 초과하고 압력이 이의 기포점 이하로 존재하기에 충분한 액체 생성물과 가스 상을 생성시키는 단계(b),
    가스 상과 액체 생성물을 상 분리시키는 단계(c) 및
    액체 생성물을 약 -112℃(-170℉)를 초과하는 온도에서 저장수단으로 도입시키는 단계(d)를 포함하여, 메탄이 풍부한 가스 스트림을 액화시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 가스 스트림을 냉각시키는 단계를 단계(b) 이전에 추가로 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 가스 스트림을 열 교환기 속에서 밀폐된 루우프 냉각 시스템(closed-loop refrigeration system)으로 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 밀폐된 루우프 냉각 시스템이 프로판을 주요 냉매로서 갖는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 밀폐된 루우프 냉각 시스템이 이산화탄소를 주요 냉매로서 갖는 방법.
  6. 제2항에 있어서, 가스 스트림을 제1항의 단계(c)의 가스 상과 함께 열 교환기로 냉각시켜 가스 상을 가온하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 가온된 가스 상을 압축시키고, 압축된 가스 상을 냉각시킨 다음, 냉각된 압축 가스 상을 제1항의 단계(a)의 가스 스트림으로 반송시켜 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 밀폐된 루우프 냉각 시스템을 사용하여 가스 스트림을 냉각된 열 교환기 속에서 냉각시키는 단계를 제6항의 냉각단계 이전에 추가로 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 액화 천연 가스의 증발로부터 생성된 연료 증발 가스와 가스 스트림을 합하는 단계를 가스 스트림의 액화 단계 이전에 추가로 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 가스 스트림이 메탄과 메탄보다 중질의 탄화수소 성분을 함유하고, 대부분의 중질 탄화수소를 분별, 제거하여, 메탄이 풍부한 증기 스트림과 중질 탄화수소가 풍부한 액체 스트림을 생성시키고, 증기 스트림을 제1항의 단계(b)에 따라서 팽창시켜 액화시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 가스 스트림을 분별하기 전에, 가스 스트림을 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 가스 스트림의 액화가 밀폐된 루우프 냉각 시스템의 부재하에 수행되는 방법.
  13. 가스 스트림을 제1 가스 스트림과 제1 액체 스트림으로 상 분리시키는 단계(a),
    제1 액체 스트림을 탈메탄화기 칼럼으로 통과시키는 단계(b),
    제1 가스 스트림을 압축시키고 냉각시켜 가스 상과 액상을 생성시키는 단계(c),
    단계(c)의 가스 상과 액상을 상 분리시켜 제2 가스 스트림과 제2 액체 스트림을 생성시키는 단계(d),
    제2 가스 스트림 중의 적어도 일부를 보다 낮은 압력으로 팽창시킴으로써 제2 가스 스트림이 추가로 냉각되는 단계(e),
    제2 액체 스트림과 팽창된 제2 가스 스트림을 탈메탄화기 칼럼으로 공급하는 단계(f),
    주로 메탄을 포함하는 제3 가스 스트림을 탈메탄화기 칼럼의 상부로부터 제거하고, 제3 가스 스트림을 열 교환기로 통과시켜 가온하는 단계(g),
    제3 액체 스트림을 탈메탄화기로부터 제거하고 하나 이상의 분별 칼럼을 갖는 분별 시스템으로 통과시켜 하나 이상의 상부 증기 스트림을 수득하는 단계(h),
    단계(g)의 가온된 제3 가스 스트림과 단계(h)의 상부 증기 스트림을 합한 다음, 합한 스트림을 압축시키는 단계(i),
    압축된 합한 스트림을 냉각시키는 단계(j),
    단계(j)의 냉각된 압축 스트림을 제1 냉각 스트림과 제2 냉각 스트림으로 분배한 다음, 제1 냉각 스트림을 단계(g)의 열 교환기로 통과시켜 추가로 냉각시키는 단계(k),
    제1 냉각 스트림을 팽창시켜 가스 상과 액상을 생성시키는 단계(l),
    단계(l)의 가스 상과 액상을 상 분리기에서 상 분리시켜, 약 -112℃(-170℉)를 초과하는 온도 및 액화 천연 가스가 이의 기포점 이하로 존재하기에 충분한 압력에서 메탄이 풍부한 액화 천연 가스를 생성시키는 단계(m),
    단계(k)의 제2 냉각 스트림을 보다 낮은 압력으로 팽창시켜 추가로 냉각시킴으로써 가스 상과 액상을 생성시키는 단계(n),
    단계(n)에서 생성된 가스 상과 액상을 상 분리시키는 단계(o) 및
    단계(o)의 액상을 단계(m)의 상 분리기로 통과시키는 단계(p)를 포함하여, 메탄이 풍부하고 압력이 약 3103kPa(450psia)을 초과하는 가스 스트림을 액화시키는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 단계(o)의 가스 상과 단계(g)의 제3 가스 스트림을 합한 다음, 합한 가스 스트림을 단계(g)의 열 교환기로 통과시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 단계(m)의 가스 상과 단계(g)의 제3 가스 스트림을 합한 다음, 합한 가스 스트림을 단계(g)의 열 교환기로 통과시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 단계(j)의 냉각이 밀폐된 루우프 냉각 시스템으로부터의 냉매를 사용하여 간접 열 교환에 의해 수행되는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 밀폐된 루우프 냉각 시스템이 프로판을 주요 냉매로서 갖고, 단계(h)의 분별 시스템이 프로판이 풍부한 상부 스트림 가스를 생성시키는 탈프로판화기 칼럼을 포함하고, 냉각 시스템으로부터의 프로판이 풍부한 스트림을 보충 냉매로서 밀폐된 루우프 냉각 시스템으로 통과시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  18. 제14항에 있어서, 액화 천연 가스의 증발로부터 생성된 연료 증발 가스를 단계(g)의 제3 가스 스트림으로 도입시킨 다음, 합쳐진 제3 가스 스트림과 연료 증발 가스를 단계(g)의 열 교환기로 통과시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  19. 가스 스트림을 3103kPa(450psia)을 초과하는 압력으로 압축시키는 단계(a),
    가스 스트림을 제1 가스 스트림과 제1 액체 스트림으로 상 분리시키는 단계(b),
    제1 액체 스트림을 탈메탄화기 칼럼으로 통과시키는 단계(c),
    밀폐된 루우프 냉각 시스템을 사용하지 않고 제1 가스 스트림을 압축시키고 냉각시켜 가스 상과 액상을 생성시키는 단계(d),
    단계(d)의 가스 상과 액상을 상 분리시켜 제2 가스 스트림과 제2 액체 스트림을 생성시키는 단계(e),
    제2 가스 스트림 중의 적어도 일부를 보다 낮은 압력으로 팽창시킴으로써 제2 가스 스트림이 추가로 냉각되는 단계(f),
    제2 액체 스트림과 팽창된 제2 가스 스트림을 탈메탄화기 칼럼으로 공급하는 단계(g),
    주로 메탄을 포함하는 증기 스트림을 탈메탄화기 칼럼의 상부로부터 제거하고, 증기 스트림을 열 교환기로 통과시켜 가온하는 단계(h),
    액체 스트림을 탈메탄화기로부터 제거하고 하나 이상의 분별 칼럼을 갖는 분별 시스템으로 통과시켜 하나 이상의 상부 증기 스트림을 수득하는 단계(i),
    단계(h)의 가온된 증기 스트림과 단계(i)의 상부 증기 스트림을 합한 다음, 합한 스트림을 압축시키는 단계(j),
    밀폐된 루우프 냉각 시스템을 사용하지 않고 단계(j)의 압축된 합한 스트림을 냉각시키는 단계(k),
    단계(k)의 냉각된 압축 스트림을 제1 냉각 스트림과 제2 냉각 스트림으로 분배한 다음, 제1 냉각 스트림을 단계(h)의 열교환기로 통과시켜 추가로 냉각시키는 단계(l),
    제1 냉각 스트림을 팽창시켜 가스 상과 액상을 생성시키는 단계(m),
    단계(m)의 가스 상과 액상을 상 분리기에서 상 분리시켜 약 -112℃(-170℉)를 초과하는 온도 및 메탄이 풍부한 액화 천연 가스가 이의 기포점 이하로 존재하기에 충분한 압력에서 메탄이 풍부한 액화 천연 가스를 생성시키는 단계(n),
    단계(l)의 제2 냉각 스트림을 보다 낮은 압력으로 팽창시켜 추가로 냉각시킴으로써 가스 상과 액상을 생성시키는 단계(o),
    단계(o)에서 생성된 가스 상과 액상을 상 분리시키는 단계(p) 및
    단계(p)의 액상을 단계(n)의 상 분리기로 통과시키는 단계(q)를 포함하여, 메탄이 풍부한 가스 스트림을 액화시키는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 액화 천연 가스의 증발로부터 생성되는 연료 증발 가스를 단계(h)의 증기 스트림으로 도입시킨 다음, 단계(h)의 증기 스트림과 합쳐진 연료 증발 가스를 단계(h)의 열 교환기로 통과시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  21. 제19항에 있어서, 단계(n)의 가스 상이 단계(h)의 증기 잔류물과 합해지고, 합해진 가스 스트림이 단계(h)의 열 교환기를 통과하는 방법.
  22. 제19항에 있어서, 단계(d)의 가스 스트림 냉각 온도의 강하가 물 또는 공기로 수행되는 방법.
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