KR20010014370A - 하나 이상의 동결가능한 성분을 함유하는 천연 가스스트림의 액화 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메탄과 상대 휘발도가 메탄의 경우보다 낮은 동결가능한 성분을 함유하는 다중 성분 공급물 스트림(10)으로부터 메탄이 풍부한 가압 액체(19)를 제조하는 방법에 관한 것이다. 다중 성분 공급물 스트림(10)은 약 1,380kPa(200psia) 이상의 압력 및 동결가능한 성분에 대한 고체 형성 조건하에 작동하는 동결 구간 및 당해 동결 구간 아래에 위치한 증류 구간을 갖는 분리 시스템(31)으로 도입된다. 분리 시스템(31)은 메탄이 풍부한 증기 스트림(14)과 동결가능한 성분이 풍부한 액체 스트림(12)을 제조한다. 증기 스트림의 적어도 일부는 냉각되어 약 -112℃(-170℉) 이상의 온도 및 액체가 기포점 또는 그 아래에서 존재하기에 충분한 압력을 갖는 메탄이 풍부한 액화 스트림을 제조하여 생성물(20)과 스트림(21)을 제조하여 분리 시스템을 냉각시킨다.

Description

하나 이상의 동결가능한 성분을 함유하는 천연 가스 스트림의 액화 방법 {Process for liquefying a natural gas stream containing at least one freezable component}
그 청정 연소성 및 편이성으로 인해, 천연 가스는 최근 들어 광범위하게 사용되고 있다. 무수한 천연 가스 공급원은 가스 판매 시장으로부터 거리가 상당히 먼 지역에 위치해 있다. 종종, 생성된 천연 가스를 판매 시장으로 운송하는데 송유관이 유용하다. 송유관식 운송법이 실행될 수 없는 경우, 생성된 천연 가스를 시장으로 운송하기 위해 종종 액화 천연 가스(이를 "LNG"로 칭함)로 처리한다.
LNG 플랜트의 두드러진 특징 중 하나는 플랜트에 요구되는 엄청난 자본 투자이다. 천연 가스를 액화시키는데 사용되는 장치는 일반적으로 매우 비싸다. 액화 플랜트는 불순물을 제거하기 위한 가스 처리, 액화, 냉각, 동력 설비 및 저장과 선적 설비를 포함한, 몇몇의 기본 시스템으로 이루어진다. LNG 플랜트의 경비는 플랜트 위치에 따라 광범위하게 변할 수 있는 반면, 전형적인 통상의 LNG 프로젝트는 현장 개발 경비를 포함하여, U.S. $50억 내지 U.S.$100억의 경비가 들 수 있다. 플랜트의 냉각 시스템은 경비의 30% 이하로 산정될 수 있다.
천연 가스를 액화시키는데 너무 많은 냉각이 필요하므로, LNG 냉각 시스템은 값이 비싸다. 전형적인 천연 가스 스트림은 약 4,830kPa(700psia) 내지 약 7,600kPa(1,100psia)의 압력 및 약 20℃ 내지 약 40℃의 온도에서 LNG 플랜트로 도입된다. 주로 메탄인 천연 가스는, 에너지를 목적으로 사용되는 중탄화수소의 경우에서와 같이 단순히 압력을 증가시켜서는 액화될 수 없다. 메탄의 임계 온도는 -82.5℃이다. 이는 메탄이 적용되는 압력과는 무관하게 상기 온도 미만에서만 액화될 수 있음을 의미한다. 천연 가스는 가스들의 혼합물이므로, 온도 범위 전반에 걸쳐 액화된다. 천연 가스의 임계 온도는 약 -85℃ 내지 -62℃이다. 전형적으로, 대기압에서의 천연 가스 조성물은 약 -165℃ 내지 -155℃의 온도 범위에서 액화될 수 있다. 냉각 장치가 LNG 설비 경비의 매우 상당 부분을 나타내므로, 냉각 경비를 감소시키기 위해 상당히 노력해 왔다.
가스를 승압에서 다단계의 냉각을 통해 연속하여 통과시키며, 이때 가스가 액화될 때까지 연속하여 점점 낮은 온도로 냉각됨에 의해 천연 가스를 액화시키기 위한 각종 시스템이 선행 기술에 존재한다. 통상의 액화는 가스를 대기압 또는 그 근처에서 약 -160℃의 온도로 냉각시킨다. 냉각은 일반적으로 하나 이상의 냉매, 예를 들어, 프로판, 프로필렌, 에탄, 에틸렌 및 메탄을 사용한 열 교환에 의해 이루어진다. 각종 냉각 사이클이 천연 가스를 액화시키는데 사용되고 있지만, 오늘날 LNG 플랜트에 가장 통상적으로 사용되는 3가지 유형은 (1) 점진적으로 배열된 열 교환기에서 여러 겹의 단일 성분 냉매를 사용하여 가스의 온도를 액화 온도로 감소시키는 "캐스케이드 사이클(cascade cycle)", (2) 상응하는 온도 감소와 함께 고압에서 저압으로 가스를 팽창시키는 "팽창 사이클(expander cycle)", 및 (3) 특별히 고안된 교환기에서 다중 성분 냉매를 사용하는 "다중 성분 냉각 사이클(multi-component refrigeration cycle)"이다. 대부분의 천연 가스 액화 사이클은 이들 3가지 기본 유형의 변형 또는 조합을 사용한다.
통상의 LNG 플랜트에서, 물, 이산화탄소, 황-함유 화합물(예: 황화수소 및 기타 산 가스), n-펜탄, 및 벤젠을 포함하는 중탄화수소는 실질적으로 천연 가스 처리시 백만분의 1(ppm) 수치 이하로 제거된다. 이들 화합물 중 일부는 동결되어, 처리 장치에서 플러깅(plugging) 문제를 일으킨다. 황을 함유하는 화합물과 같은 또 다른 화합물은 전형적으로 제거되어 판매 사양을 충족시킨다. 통상의 LNG 플랜트에서, 가스 처리 장치가 이산화탄소 및 산 가스를 제거하는데 필요하다. 가스 처리 장치는 전형적으로 화학적 및/또는 물리적 용매 회수 공정을 사용하며 상당한 자본 투자를 필요로 한다. 또한, 작동 경비가 많이 든다. 건식 층 탈수기[예: 분자체(molecular sieve)]가 수증기를 제거하는데 필요하다. 스크럽 칼럼(scrub column) 및 분별 장치를 사용하여 플러깅 문제를 일으키는 경향이 있는 탄화수소를 제거한다. 또한, 수은은 알루미늄으로 제조된 장치에서 고장을 일으킬 수 있으므로 통상의 LNG 플랜트에서 제거된다. 또한, 천연 가스에 존재할 수 있는 질소의 대부분은 처리 후에 제거되는데, 이는 질소가 통상의 LNG 운송 도중에 액상으로 존재하지 않을 수 있고, 전달 시점에서 LNG 용기에 질소 증기를 갖는 것은 바람직하지 않기 때문이다.
액화 공정 중에 동결시킬 수 있는 농도로 CO2를 함유하는 천연 가스의 액화 방법을 개선시키고 동시에 경제적인 동력 요건을 갖는 산업상의 필요성이 여전히 존재한다.
요약
본 발명은 일반적으로 천연 가스 공급물 스트림이 동결가능한 성분을 함유하는 가압 액화 천연 가스(PLNG)의 제조방법에 관한 것이다. 전형적으로는 CO2, H2S 또는 또 다른 산 가스이나, 동결가능한 성분은 분리 시스템에서 고체를 형성할 수 있는 성능을 가진 성분은 무엇이든 가능하다.
본 발명의 방법에서, 메탄과 상대 휘발도가 메탄의 경우보다 낮은 동결가능한 성분을 함유하는 다중 성분 공급물 스트림은 약 1,380kPa(200psia) 이상의 압력 및 동결가능한 성분에 대한 고체 형성 조건하에 작동하는 동결 구간과 동결 구간 아래에 위치한 증류 구간을 갖는 분리 시스템으로 도입된다. 제어된 동결 영역("CFZ")을 함유하는 분리 시스템은 메탄이 풍부한 증기 스트림과 동결가능한 성분이 풍부한 액체 스트림을 제조한다. 증기 스트림의 적어도 일부는 냉각되어 약 -112℃(-170℉) 이상의 온도 및 액체 생성물이 이의 기포점(bubble point) 또는 그 미만에서 존재하기에 충분한 압력을 갖는 메탄이 풍부한 액화 스트림을 제조한다. 액화 스트림의 제1 부분은 가압 액화 생성물 스트림(PLNG)으로서 공정시 회수된다. 액화 스트림의 제2 부분은 분리 시스템으로 되돌아가 분리 시스템에 냉동 효율을 제공한다.
한 가지 양태에서, 증기 스트림은 분리 시스템의 상부로부터 회수되어 보다 고압으로 가압되고 냉각된다. 이어서, 냉각된 가압 스트림은 팽창 방법에 의해 팽창되어 주로 액체 스트림을 생성한다. 액체 스트림의 제1 부분은 환류 스트림으로서 분리 시스템에 공급되어 분리 시스템에 개-루프(open-loop) 냉각법을 제공하며, 액체 스트림의 제2 부분은 약 -112℃(-170℉) 이상의 온도 및 액체 생성물이 이의 기포점 또는 그 아래에서 존재하기에 충분한 압력을 갖는 생성물 스트림으로서 회수된다.
또 다른 양태에서, 증기 스트림은 분리 시스템의 상부로부터 회수되고 폐-루프(closed-loop) 냉각 시스템에 의해 냉각되어 메탄-풍부 증기 스트림을 액화시켜 약 -112℃(-170℉) 이상의 온도 및 액체 생성물이 이의 기포점 또는 그 아래에서 존재하기에 충분한 압력을 갖는 액체를 생성한다.
본 발명의 방법은 저장 또는 운송을 위한 공급원에서의 천연 가스의 초기 액화와, 저장 및 선적 도중에 방출되는 천연 가스 증기의 재액화에 둘 다 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 CO2농도가 높은(약 5% 이상) 천연 가스를 액화 또는 재액화시키기 위한 개선되고 집적된 액화 및 CO2제거 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 선행 기술 분야의 시스템에서 보다 실질적으로 적은 압축력이 요구되는 개선된 액화 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 전체 공정 동안에 처리 온도를 약 -112℃ 이상으로 유지시킴으로써 보다 효율적인 액화 공정을 제공하고, 이로써 처리 장치가 약 -160℃ 이하의 온도에서 작동하는 공정의 적어도 일부를 갖는 통상의 LNG 공정에서 요구될 수 있는 것보다 저렴한 물질로 이루어질 수 있도록 하는 것이다. 통상의 LNG 공정의 극저온 냉각은 본 발명의 수행에 따른 PLNG의 제조시 필요한 상대적으로 온화한 냉각에 비해 매우 저렴하다.
본 발명은 천연 가스 액화 방법에 관한 것으로, 보다 특히 하나 이상의 동결가능한 성분을 함유하는 천연 가스 스트림으로부터 가압 액화 천연 가스(PLNG)를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명과 이의 이점은 다음의 상세한 설명 및 본 발명의 대표적인 양태의 개략적 플로우 다이아그램인 첨부 도면을 참조로 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 방법에 따라 가압 액화 천연 가스를 제조하기 위한 폐-루프 냉각 사이클을 일반적으로 예시하는 극저온의 CFZ 공정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 방법에 따라 가압 액화 천연 가스를 제조하기 위한 개-루프 냉각 사이클을 일반적으로 예시하는 극저온의 CFZ 공정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 하나의 상부 생성물 스트림은 가압 액화 천연 가스이고 또 하나의 상부 생성물 스트림은 생성물 판매 가스인 CFZ를 갖는 증류 칼럼에서 이산화탄소와 메탄이 증류 분리되는 본 발명의 또 다른 양태를 개략적으로 나타낸 것이다.
본 도면에 예시된 플로우 다이아그램은 본 발명의 공정을 수행하는 각종 양태를 나타낸다. 본 도면은 이러한 특정 양태의 통상적이고 목적되는 변형으로 인한 또 다른 양태를 본 발명의 범주로부터 배제하고자 함이 아니다. 각종 요구되는 서브시스템(예: 펌프, 밸브, 유동 스트림 혼합기, 제어 시스템 및 센서)은 표현을 간략하고 명확하게 하기 위해 도면으로부터 삭제되었다.
바람직한 양태의 설명
본 발명의 방법은 메탄과 상대 휘발도가 메탄의 경우보다 낮은 하나 이상의 동결가능한 성분을 함유하는 다중 성분 공급물 스트림을 분리 시스템에서 증류 분리시키는데, 이때 분리 시스템은 제어된 동결 영역("CFZ")을 함유한다. 분리 시스템은 메탄이 풍부한 상부 증기 스트림과 동결가능한 성분이 풍부한 하부 생성물을 제조한다. 이어서, 상부 증기 스트림의 적어도 일부는 액화되어 약 -112℃(-170℉) 이상의 온도 및 액체 생성물이 기포점 또는 그 아래에서 존재하기에 충분한 압력을 갖는 액화 천연 가스 생성물을 제조한다. 이러한 생성물은 종종 본원에서 가압 액체 천연 가스("PLNG")로 언급된다. 이러한 액화 상부 스트림의 또 다른 부분은 환류 스트림과 같은 분리 시스템으로 되돌아간다.
용어 "기포점(bubble point)"은 액체가 가스로 전환되기 시작하는 온도 및 압력이다. 예를 들어, 특정 용량의 PLNG가 일정 압력에서 유지되나 그 온도는 증가되는 경우, 가스의 기포가 PLNG에서 형성되기 시작하는 온도가 기포점이다. 유사하게, 특정 용량의 PLNG가 일정 온도에서 유지되나 압력은 감소되는 경우, 가스가 형성되기 시작하는 압력을 기포점이라 정의한다. 기포점에서, PLNG는 포화 액체이다. 바람직하게는, PLNG은 단지 그 기포점으로 응축되는 것이 아니라 추가로 냉각되어 액체를 차냉각시킨다. PLNG의 차냉각은 저장, 운송 및 처리 동안에 비등(boil-off) 증기의 양을 감소시킨다.
본 발명에 앞서, CFZ가 원치 않는 CO2를 제거할 수 있다고 당해 기술 분야의 숙련인들에게 익히 숙지되어 있다. CFZ 공정이 액화 공정과 통합되어 PLNG를 제조할 수 있음을 인정하는 것은 아니다.
본 발명의 방법은 종전에 사용되던 방법보다 천연 가스를 액화시키는데 동력이 덜 필요하고 본 발명의 방법에 사용되는 장치는 보다 저렴한 재료로 이루어질 수 있으므로 사용하기에 보다 경제적이다. 반면, 온도가 -160℃ 만큼 낮은 대기압에서 LNG를 제조하는 선행 기술 방법은 안정한 작업을 위해 고가의 재료로 이루어진 처리 장치를 필요로 한다.
본 발명의 수행시, 상당한 농도의 동결가능한 성분, 예를 들어, CO2를 함유하는 천연 가스를 액화시키는데 필요한 에너지는 이러한 천연 가스로부터 LNG를 제조하기 위한 통상의 방법의 에너지 요건에 있어 상당히 감소된다. 본 발명의 방법에 요구되는 필요한 냉각 에너지에서의 감소로 인해 자본 경비가 상당히 감소되고 이에 비례하여 작업 비용이 감소되며 효율과 신뢰도가 증가되어, 액화 천연 가스를 제조하는데 경제성이 현저하게 강화된다.
본 발명의 작동 압력 및 온도에서, 약 3½중량%의 니켈은 액화 공정의 최저온 작동 영역에서 배관 설비에 사용될 수 있는 반면, 보다 비싼 9중량%의 니켈 또는 알루미늄은 일반적으로 통상의 LNG 공정 중의 동일한 장치에 필요하다. 이는 선행 기술 분야의 LNG 공정에 비해 본 발명의 공정에 대한 또 다른 상당한 경비 감소를 제공한다.
천연 가스의 극저온 처리시 첫 번째 고려사항은 오염이다. 본 발명의 방법에 적합한 천연 가스 원료 공급물 스톡은 원유정(조합 가스) 또는 가스정(비조합 가스)으로부터 수득되는 천연 가스를 포함할 수 있다. 원료 천연 가스는 종종 물, 이산화탄소, 황화수소, 질소, 부탄, 탄소수 6 이상의 탄화수소, 분진, 황화철, 왁스 및 원유를 함유한다. 이러한 오염물의 용해도는 온도, 압력 및 조성에 따라 다양하다. 극저온에서, CO2, 물 및 기타 오염물은 고체를 형성할 수 있으며, 이는 극저온성 열 교환기에서 유동 통로를 막을 수 있다. 이러한 내재된 어려움은 이들의 순수한 성분 내의 조건, 고체상 온도-압력 상 경계가 예상되는 경우에 이러한 오염물을 제거함으로써 막을 수 있다. 본 발명의 하기 설명에서, 천연 가스 스트림은 C02를 함유하는 것으로 추정된다. 천연 가스 스트림이 액화 도중에 냉각될 수 있는 중탄화수소를 함유하는 경우, 이러한 중탄화수소는 CO2를 사용하여 제거될 수 있다.
본 발명의 한 가지 이점은 작동 온도가 따뜻하면 할수록 천연 가스가 통상의 LNG 공정에서 가능했던 것보다 농도 수치가 높은 동결가능한 성분을 가질 수 있다는 점이다. 예를 들어, -160℃에서 LNG를 제조하는 통상의 LNG 플랜트에 있어서, CO2는 동결 문제를 피하기 위해 약 50ppm 미만이어야 한다. 반면, 공정 온도를 약 -112℃ 이상으로 유지함으로써, 천연 가스는 본 발명의 액화 공정시 동결 문제를 일으키지 않으면서 -112℃의 온도에서 약 1.4mol%의 CO2및 -95℃에서는 약 4.2% 만큼 높은 수치로 CO2를 함유할 수 있다.
또한, 천연 가스 중의 적정량의 질소는 본 발명의 공정에서 제거될 필요가 없는데, 이는 질소가 본 발명의 작동 압력 및 온도에서 액화 탄화수소와 함께 액상으로 잔존할 수 있기 때문이다. 가스 처리 및 질소 폐기에 필요한 장치를 감소시키거나, 일부 경우에 이를 생략할 수 있는 능력은 기술적 및 경제적으로 상당한 이점을 제공한다. 본 발명의 이들 및 또 다른 이점은 도면에 예시된 액화 공정을 참조로 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1에 있어서, 천연 가스 공급물 스트림 10은 약 3,100kPa(450psia) 이상, 보다 바람직하게는 약 4,800kPa(700psia) 이상의 압력 및 바람직하게는 약 0℃ 내지 40℃의 온도에서 시스템으로 도입되지만, 필요한 경우, 상이한 압력 및 온도가 사용될 수 있고, 이로써 시스템이 변형될 수 있다. 가스 스트림 10이 약 1,380kPa(200psia) 미만인 경우, 하나 이상의 압축기를 포함할 수 있는 적절한 압축 장치(도시되지 않음)에 의해 가압될 수 있다. 본 발명의 방법의 이러한 설명에서, 천연 가스 스트림 10은 적절하게 처리되어 통상적이고 익히 공지된 공정(도 1에 도시되지 않음)을 사용하여 물을 제거하여 "건식" 천연 가스 스트림을 제조하는 것으로 추정된다.
공급물 스트림 10은 냉각기 30을 통해 통과한다. 냉각기 30은 천연 가스 스트림을 극저온, 바람직하게는 약 -50℃ 내지 -70℃ 이하, 보다 바람직하게는 CO2의 고형화 온도 바로 위의 온도로 냉각시키는 하나 이상의 통상의 열 교환기를 포함할 수 있다. 냉각기 30은 통상의 냉각 시스템에 의해 냉각된 하나 이상의 열 교환 시스템, 줄-톰슨(Joule-Thomson) 밸브 또는 터보팽창기와 같은 하나 이상의 팽창 장치, 분획화 칼럼 31의 하부로부터의 액체를 냉매로서 사용하는 하나 이상의 열 교환기, 칼럼 31의 하부 생성물 스트림을 냉매로서 사용하는 하나 이상의 열 교환기, 또는 기타 적합한 냉각 공급원을 포함할 수 있다. 바람직한 냉각 시스템은 냉동 냉각의 효율, 어떠한 경우에는 공간 제한과 환경 및 안전상의 요건에 따를 수 있다. 당해 기술 분야의 숙련인들은 액화 공정의 작업 환경을 고려하여 적합한 냉각 시스템을 선택할 수 있다.
공급물 냉각기 30에 존재하는 냉각된 스트림 11은 제어된 동결 영역("CFZ")을 갖는 분획화 칼럼 31로 운송되는데, 이는 CO2의 고형화 및 용융을 처리하는 특별한 구간이다. CO2의 고형화 및 용융을 처리하는 CFZ 구간은 통상의 증류 칼럼과 같은 팩킹 또는 트레이를 함유하지 않는 대신, 하나 이상의 분무 노즐 및 용융 트레이를 함유한다. 고상 CO2는 증류 칼럼 중의 증기 공간에서 형성되고 용융 트레이상의 액체로 떨어진다. 형성된 고체 중 실질적으로 전부는 CFZ 구간으로 한정된다. 증류 칼럼 31은 CFZ 구간 아래에 통상의 증류 구간을 가지며, 바람직하게는 CFZ 구간의 위에 또 다른 증류 구간을 갖는다. 분획화 칼럼 31의 디자인 및 작동은 당해 기술 분야의 숙련인들에게 공지되어 있다. CFZ 디자인의 예는 문헌[참조: 미국 특허 제4,533,372호, 제4,923,493호, 제5,062,270호, 제5,120,338호 및 제5,265,428호]에 예시되어 있다.
CO2-풍부한 스트림 12는 칼럼 31의 하부에 존재한다. 액상 하부 생성물은 재비등기 35에서 가열되고 일부는 재비등된 증기로서 칼럼 31의 저부 구간으로 되돌아간다. 나머지 부분(스트림 13)은 CO2-풍부한 생성물로서 공정을 떠난다. 메탄-풍부 스트림 14는 칼럼 31의 상부에 존재하고 통상의 폐-루프 냉각 시스템 33에 연결된 스트림 17에 의해 냉각되는 열 교환기 32를 통해 통과한다. 단일, 다중 성분, 또는 캐스케이드 냉각 시스템이 사용될 수 있다. 캐스케이드 냉각 시스템은 둘 이상의 폐-루프 냉각 사이클을 포함할 수 있다. 폐-루프 냉각 시스템은 냉매로서 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 이산화탄소, 황화수소 및 질소를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 폐-루프 냉각 시스템은 주요 냉매로서 프로판을 사용한다. 도 1이 단 하나의 열 교환기 32를 보여주고 있으나, 본 발명의 수행시 다중 열 교환기를 사용하여 증기 스트림 14를 다단계로 냉각시킬 수 있다. 열 교환기 32는 바람직하게는 증기 스트림 14 중의 실질적으로 전부를 액체로 응축시킨다. 열 교환기에 존재하는 스트림 19는 약 -112℃ 이상의 온도 및 액체 생성물이 이의 기포점 또는 그 아래에서 존재하기에 충분한 압력을 갖는다. 액체 스트림 19의 제1 부분은 스트림 20으로서 적합한 저장 장치 34, 예를 들어, 정적 저장 탱크 또는 캐리어, 예를 들어, PLNG 선박, 트럭, 또는 PLNG를 함유하기 위한 레일카를 약 -112℃ 이상의 온도 및 액체 생성물이 기포점 또는 그 아래에서 존재하기에 충분한 압력에서 통과한다. 액체 스트림 19의 제2 부분은 스트림 21로서 분리 칼럼 31로 되돌아가 분리 칼럼 31을 냉각시킨다. 스트림 20 및 21의 상대적인 비는 공급물 가스 10의 조성, 분리 칼럼 31의 작동 조건 및 목적하는 생성물 구체화에 따를 수 있다.
액화 천연 가스의 저장, 운송 및 취급시, 액화 천연 가스의 증발시 발생하는 증기인 "비등(boil-off)" 증기가 상당량 존재할 수 있다. 본 발명의 방법은 메탄이 풍부한 비등 증기를 임의로 재액화시킬 수 있다. 도 1에 있어서, 비등 증기 스트림 16은 열 교환기 32로 냉각시키기 전에 임의로 증기 스트림 14로 도입될 수 있다. 비등 증기 스트림 16은 비등 증기가 도입되는 증기 스트림 14의 압력 또는 그 근처에서 존재해야 한다. 비등 증기의 압력에 따라, 비등 증기는 하나 이상의 압축기 또는 팽창기(도면에 도시되지 않음)에 의해 압력 조정되어 비등 증기가 액화 공정에 진입하는 시점에 맞출 필요가 있다.
증기 스트림 14 중 소량은 연료(스트림 15)로서 임의로 공정으로부터 제거되어 액화 공정에서 압축기 및 펌프를 작동시키는데 필요한 동력을 일부 제공할 수 있다. 이러한 연료는 임의로 냉각 공급원으로 사용되어 공급물 스트림 10의 냉각을 도울 수 있다.
도 2는 개-루프 냉각법을 사용하여 분리 칼럼 51을 냉각시키고 PLNG를 제조하는 본 발명의 또 다른 양태를 개략적인 형태로 도시한 것이다. 도 2에 있어서, 탈수되어 적합한 냉각 공급원(도 2에는 도시되지 않음)으로 냉각되어지는 이산화탄소와 메탄을 함유하는 다중 성분 가스 스트림 50은 필수적으로 도 1의 분리 칼럼 31과 디자인이 동일한 CFZ 칼럼 51로 공급된다. 이러한 양태는 스트림 64를 CFZ 칼럼 51로 직접 공급함으로써 액화 공정에서의 고체의 형성에 대한 내재성을 효율적으로 처리한다.
CFZ 칼럼 51로 공급된 가스의 온도는 바람직하게는 CO2고형화 온도 이상이다. 메탄-풍부 증기 스트림 52는 CFZ 칼럼 51의 상부에 존재하고 이산화탄소-풍부 스트림 53은 CFZ 칼럼 51의 하부에 존재한다. 액체 하부 생성물은 재비등기 65에서 가열되고 일부는 재비등된 증기로서 CFZ 칼럼 51의 저부 구간으로 되돌아간다. 나머지 부분(스트림 54)은 CO2-풍부 액체 생성물로서 공정을 떠난다.
상부 스트림 52의 제1 부분은 스트림 64로서 CFZ 칼럼 51로 재환류되어 돌아가 CFZ 칼럼 51에 개-루프 냉각을 제공한다. 상부 스트림 52의 제2 부분은 CFZ 칼럼 51의 작동 압력 또는 그 근처, 및 약 -112℃(-170℉) 이상의 온도에서 PLNG 생성물 스트림(스트림 63)으로서 회수된다. 상부 스트림 52의 제3 부분은 판매 가스로서 사용하기 위해 임의로 회수(스트림 59)되거나 추가로 처리될 수 있다.
이러한 양태의 개-루프 냉각의 주 성분은 하나 이상의 압축기 57로 CFZ 칼럼 51의 상부에 존재하는 상부 스트림 52를 압축시키고, 하나 이상의 냉각기 58로 압축 가스를 냉각시키고, 냉각 가스(스트림 61)의 적어도 일부를 하나 이상의 팽창 장치 62로 통과시켜 가스 스트림의 압력을 감소시키고 이를 냉각시키며, 냉각되고 팽창된 스트림의 일부(스트림 64)를 CFZ 칼럼 51에 공급함을 포함한다. 상부 스트림 52의 일부를 이러한 방법에 의해 환류시킴으로써 CFZ 칼럼 51을 개-루프 냉각시킨다. 스트림 60은 바람직하게는 상부 스트림 52를 또한 가온시키는 열 교환기 55에 의해 냉각된다. 스트림 64의 압력은 바람직하게는 압축기 57에 의해 제조된 압축력의 정도를 스트림 60, 61 및 64의 유동 압력이 고체의 형성을 방지하기에 충분히 높도록 조절함으로써 제어된다. 또한, 상부 증기 스트림 52의 적어도 일부를 개-루프 냉각에 의해 응축된, 액체로서의 칼럼 51의 상부로 되돌림으로써 칼럼 51을 환류시킨다.
CFZ 칼럼 51은 CFZ 구간 아래에 통상의 증류 구간을 갖고 잠재적으로 CFZ 구간의 위에 또 다른 증류 구간을 갖는다. CFZ 구간은 CO2고체의 형성 및 용융을 처리한다. 개시 동안에, 스트림 64 중 전부는 CFZ 구간으로 직접 전환될 수 있다. 스트림 64가 고체 형성자에 의지하면 할수록, 보다 많은 스트림 64가 CFZ 구간 위의 칼럼 증류 구간으로 공급될 수 있다.
도 3은 본 발명의 방법이 생성물 스트림으로서 PLNG와 판매 가스를 둘 다 제조하는 본 발명의 또 다른 양태를 개략적인 형태로 예시한다. 이러한 양태에서, 상부 생성물 스트림은 50% PLNG(스트림 126) 및 50% 판매 가스(스트림 110)이다. 그러나, 100% 이하의 추가의 PLNG는 보다 차가운 유체를 사용한 열 교환 또는 추가의 압축력 비축을 통한 팽창기 후냉각기에서의 추가 압력 저하로부터 추가의 냉각을 제공함으로써 제조될 수 있다. 또한, 보다 적은 PLNG가 보다 적은 냉각을 제공함으로써 제조될 수 있다.
도 3에 있어서, 천연 가스 공급물 스트림 101은 5mol% 이상의 CO2를 함유하고 사실상 물을 함유하지 않아 공정 중에 발생하는 동결 및 수화물 형성을 방지하는 것으로 추정된다. 탈수 후, 공급물 스트림은 냉각되고 탈압되며, 약 1,379kPa(200psia) 내지 약 4,482kPa(650psia) 범위의 압력에서 작동하는 증류 칼럼 190으로 공급된다. 도 1의 분리 칼럼 31과 유사한 CFZ 구간을 갖는 증류 칼럼 190은 공급물을 메탄-풍부 증기 상부 생성물과 이산화탄소-풍부 액체 하부 생성물로 분리시킨다. 본 발명의 수행시, 증류 칼럼 190은 2개 이상, 바람직하게는 3개의 별도 구간, 즉, 증류 구간 193, 증류 구간 193 위의 제어된 동결 영역(CFZ) 192, 및 임의로 상부 증류 구간 191을 갖는다.
당해 실시예에서, 탑 공급물은 스트림 105를 통해 증류 구간 193의 상부로 도입되는데, 여기서 전형적인 증류가 수행된다. 증류 구간 191 및 193은 트레이 및/또는 팩킹을 함유하고 아래로 떨어지는 액체와 위로 올라가는 증기 사이에 필요한 접촉을 제공한다. 보다 가벼운 증기는 증류 구간 193을 떠나 제어된 동결 영역 192로 유입된다. 제어된 동결 영역 192에서 일단, 증기는 노즐 또는 분무 젯트 어셈블리 194로부터 흘러나오는 액체(분무된 동결 영역 액체 환류)와 접촉한다. 이어서, 증기는 계속하여 상부 증류 구간 191을 향한다. 칼럼 190 중의 천연 가스 스트림으로부터 CO2를 효율적으로 분리하기 위해, 칼럼 190의 상부 구간에서의 액체 트라픽을 제공하기 위해 냉각이 필요하다. 이러한 양태의 수행시, 칼럼 190의 상부로의 냉각은 개-루프 냉각에 의해 제공된다.
도 3의 양태에서, 진입하는 공급물 가스는 2개의 스트림, 즉 스트림 102와 스트림 103으로 나누어진다. 스트림 102는 하나 이상의 열 교환기에서 냉각된다. 이러한 실시예에서, 3개의 열 교환기 130, 131, 132가 사용되어 스트림 102를 냉각시키며 재비등기로서 제공되어 칼럼 190의 증류 구간 193에 열을 제공한다. 스트림 103은 칼럼 190의 하부 생성물 스트림 중 하나와의 열 교환시 존재하는 하나 이상의 열 교환기에 의해 냉각된다. 도 3은 칼럼 190을 떠나는 하부 생성물을 가온시키는 2개의 열 교환기 133과 141을 보여준다. 그러나, 공급물 스트림 냉각 서비스를 제공하기 위한 열 교환기의 수는 유입 가스 유량, 유입 가스 조성, 공급물 온도, 및 열 교환 요건을 포함한 다수의 요인에 따를 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또는, 도 3에는 도시되어 있지 않지만, 공급물 스트림 101은 칼럼 190의 상부에 존재하는 공정 스트림에 의해 냉각될 수 있다. 또는, 공급물 스트림 101은 통상의 냉각 시스템, 예를 들어, 폐-루프 단일 성분 또는 다중 성분 냉각 시스템에 의해 적어도 일부 냉각될 수 있다.
스트림 102와 103은 재조합되고 조합된 스트림은 적합하게는 분리 칼럼 190의 작동 압력으로의 적합한 팽창 장치, 예를 들어, 줄-톰슨 밸브 150을 통해 통과된다. 또는, 터보팽창기가 줄-톰슨 밸브 150을 대신하여 사용될 수 있다. 밸브 150을 통한 섬광 팽창은 온도가 바람직하게는 C02의 동결을 피하기에 충분히 높은 지점에서 증류 구간 193의 상부로 직결되는 냉-팽창된 스트림 105를 제조한다.
분리 칼럼 190으로부터의 상부 증기 스트림 106은 증기 스트림 106을 가온시키는 열 교환기 145를 통해 통과한다. 가온된 증기 스트림(스트림 107)은 1단계 압축 또는 다단계 압축 트레인에 의해 재가압된다. 이러한 실시예에서, 스트림 107은 2개의 통상의 압축기 160 및 161을 통해 연속적으로 통과한다. 각각의 압축 단계 후에, 스트림 107은 바람직하게는 냉각 매체로서 주위 공기 또는 물을 사용하는 후냉각기 138 및 139에 의해 냉각된다. 스트림 107의 압축 및 냉각은 판매를 위해 천연 가스 송유관 또는 추가의 처리에 사용될 수 있는 가스를 제조한다. 증기 스트림 107의 압축은 일반적으로 송유관 요건을 충족시키는 압력 이상으로 존재할 수 있다.
압축기 160을 통과한 후의 스트림 107의 일부는 임의로 가스 처리 플랜트용 연료로서 사용하기 위해 회수될 수 있다(스트림 128). 후처리기 139를 통과한 후의 스트림 107의 또 다른 일부가 판매 가스로서 회수된다(스트림 110). 스트림 107의 나머지 부분은 스트림 108로서 열 교환기 140, 136 및 137로 통과한다. 스트림 108은 칼럼 190의 하부에 존재하는 스트림 124로부터의 냉 유체와 함께 열 교환기 136과 137에서 냉각된다. 이어서, 스트림 108은 상부 증기 스트림 106과의 열 교환에 의해 열 교환기 145에서 추가로 냉각되어, 스트림 106을 가온시킨다. 이어서, 스트림 108은 적합한 팽창 장치, 예를 들어, 팽창기 158에 의해 적절하게는 칼럼 190의 작동 압력으로 압력 팽창된다. 이어서, 스트림 108은 나누어지는데, 하나는 저장 또는 운송을 위해 약 -112℃ 이상의 온도 및 약 1,380kPa(200psia) 이상의 압력에서 PLNG 생성물(스트림 126)로서 통과한다. 또 다른 부분(스트림 109)은 분리 칼럼 190으로 유입된다. 압축시 161의 배출 압력은 조절되어 팽창기 158 전반에 걸친 압력 저하가 스트림 109와 126이 주로 메탄이 풍부한 액체이게끔 충분히 냉각시킨다. 추가의 PLNG(스트림 126)을 생성하기 위해, 추가의 압축력은 압축기 160 뒤에, 그리고 열 교환기 136 앞에 비축될 수 있다. 공정을 개시하기 위해, 스트림 109는 바람직하게는 스트림 109A를 통해 공급되고 분무 노즐 194를 통해 CFZ 구간 192로 직접 분무된다. 공정 개시 후에, 스트림 109는 분리 칼럼 190의 상부 구간 191로 공급될 수 있다(스트림 109B).
CO2-풍부 액체 생성물 스트림 115는 칼럼 190의 하부에 존재한다. 스트림 115는 2개의 부분, 스트림 116과 스트림 117로 나누어진다. 스트림 116은 적합한 팽창 장치, 예를 들어, 줄-톰슨 밸브 153을 통해 보다 저압으로 통과한다. 이어서, 밸브 153에 존재하는 스트림 125는 열 교환기 136에서 가온되고 스트림 124는 또 다른 줄-톰슨 밸브 154과 또 하나의 열 교환기 137을 통해 통과한다. 이어서, 수득된 스트림 125는 분리기 181로부터 증기 스트림 120과 함께 나타난다.
스트림 117은 적합한 팽창 장치, 예를 들어, 팽창 밸브 151에 의해 팽창되고 열 교환기 133을 통해 통과되어, 공급물 스트림 103을 냉각시킨다. 이어서, 스트림 117은 통상의 가스-액체 분리 장치인 분리기 180으로 직결된다. 분리기 180으로부터의 증기(스트림 118)는 하나 이상의 압축기와 압력을 증가시키는 고압 펌프를 통해 통과한다. 도 3은 통상의 냉각기 143과 144가 장착된 일련의 2개의 압축기 164와 165 및 펌프 166을 보여준다. 일련의 펌프 166을 떠나는 생성물 스트림 122는 지하 형성으로의 주입에 적합한 압력 및 온도를 갖는다.
스트림 119를 통해 분리기 180에 존재하는 액체 생성물은 팽창 장치, 예를 들어, 팽창 밸브 152를 통해 통과된 후에, 공급물 스트림 103과 열 교환 관계를 갖는 열 교환기 141을 통해 통과하여 공급물 스트림 103을 추가로 냉각시킨다. 이어서, 스트림 119는 통상의 가스-액체 분리 장치인 분리기 181로 직결된다. 분리기 181로부터의 증기는 압축기 163을 통과한 후에(스트림 120) 통상의 후냉각기 142를 통과한다. 이어서, 스트림 120은 스트림 118과 함께 나타난다. 스트림 121에서 유용한 응축물은 통상의 섬광 또는 안정화 공정에 의해 회수될 수 있으며, 고형화, 소결 또는 연료로 사용될 수 있다.
도 1 내지 도 3에서 예시된 분리 시스템이 단 하나의 증류 칼럼(도 1의 칼럼 31, 도 2의 칼럼 51 및 도 3의 칼럼 190)을 가짐에도 불구하고, 본 발명의 분리 시스템은 둘 이상의 증류 칼럼을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3의 칼럼 190의 높이를 감소시키기 위해 칼럼 190을 둘 이상의 칼럼(도면에는 도시되지 않음)으로 나누는 것이 바람직하다. 제1 칼럼은 2개의 구간, 증류 구간과 증류 구간 위의 제어된 동결 영역을 함유하고, 제2 칼럼은 도 3에서의 구간 191과 동일한 작용을 수행하는 하나의 구간을 함유한다. 다중 성분 공급물 스트림은 제1 증류 칼럼으로 공급된다. 제2 칼럼의 액체 하부는 제1 칼럼의 동결 영역으로 공급된다. 제1 칼럼의 증기 상부는 제2 칼럼의 보다 낮은 영역으로 공급된다. 제2 칼럼은 칼럼 190에 대해 도 3에서 보여지는 바와 동일한 개-루프 냉각 사이클을 갖는다. 제2 증류 칼럼으로부터의 증기 스트림은 회수되고 냉각되며, 이의 일부는 제2 분리 칼럼의 상부로 환류된다.
모의 질량 및 에너지 균형을 이루어 도 1 및 도 3에서 보여지는 양태를 예증하며, 그 결과는 각각 하기 표 1 및 표 2에서 보여진다. 표 1에 제시된 데이타에 대해, 상부 생성물 스트림은 100% PLNG(도 1의 스트림 20)이고 냉각 시스템은 캐스케이드된 프로판-에틸렌 시스템인 것으로 추정된다. 표 2에 제시된 데이타에 대해, 상부 생성물 스트림은 50% PLNG(도 3의 스트림 126) 및 50% 판매 가스(도 3의 스트림 110)인 것으로 추정된다.
HYSYSTM[판매원: 캐나다 캘거리 소재의 Hyprotech Ltd.]라 불리는 시중의 공정 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 데이타를 수득하나, 예를 들어, 당해 기술 분야의 숙련인들에게 친숙한 HYSIMTM, PROIITM및 ASPEN PLUSTM를 포함한 또 다른 시중의 공정 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 데이타를 발달시킬 수 있다. 표에 제시된 데이타를 통해 도 1 및 도 3에서 보여지는 양태가 보다 잘 이해되나, 본 발명은 불필요하게 이에 제한시키고자 하는 바가 아니다. 온도 및 유량은 본원의 교시에 미루어 온도 및 유량을 다양하게 변형시킬 수 있는 본 발명을 제한시키고자 하는 바가 아니다.
도 1에서 보여지는 기본적인 플로우 도식을 사용(표 1에서의 데이타를 수득하기 위해 사용되는 바와 동일한 공급물 스트림 조성 및 온도를 사용)하여 추가의 공정 시뮬레이션을 수행하여 대기압 근처 및 -161℃(-258℉)의 온도에서 통상의 LNG를 제조한다. CFZ/통상의 LNG 공정은 도 1에서 언급된 CFZ/PLNG 공정보다 현저하게 높은 냉각을 필요로 한다. -161℃의 온도에서 LNG를 제조하기 위해 요구되는 냉각을 수득하기 위해, 프로판/에틸렌 캐스케이드 시스템에서 프로판/에틸렌/메탄 캐스케이드 시스템으로 냉각 시스템을 팽창시켜야 한다. 또한, 메탄을 사용하여 스트림 20을 추가로 냉각시킬 필요가 있고, 액체 팽창기 또는 줄-톰슨 밸브를 사용하여 생성물 압력을 저하시켜 대기압 또는 그 근처에서 LNG 생성물을 제조할 수 있다. 저온 때문에, LNG 중의 CO2를 약 50ppm으로 제거하여 도 1에서 언급된 CFZ/PLNG 공정에서와 같이 2% CO2를 대신하여 공정 중의 CO2의 동결과 관련된 작업상의 문제를 막아야 한다.
표 3은 상기 단락의 시뮬레이션 실시예에서 기술된 통상의 LNG 공정과 PLNG 공정에 대한 냉각 압축 요건의 비교를 보여준다. 표 3에서 보여지는 바와 같이, 필요한 총 냉각 압축력은 67% 이상으로 본 발명의 수행에 따라 PLNG를 제조하기 보다는 통상의 LNG를 제조한다.
당해 분야의 숙련가, 특히 본 특허의 교시에 대한 이점을 갖는 사람은 상기된 특정 공정에 대한 각종 변경 및 변형을 인지할 것이다. 예를 들면, 시스템의 전체적인 디자인 및 공급물 가스의 조성에 따라, 다양한 온도 및 압력이 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 또한, 공급물 가스 냉각 트레인은 전반적인 디자인 요건에 따라 보충되거나 재배열되어 최적의 효율적인 열 교환기 요건을 이룰 수 있다. 또한, 제시된 장치와 상호교환할 수 있는 장치를 가함으로써 특정 공정 단계를 달성할 수 있다. 예를 들어, 분리 및 냉각을 단일 장치에서 수행할 수 있다. 상기 거론된 바와 같이, 구체적으로 기술된 양태 및 실시예는 본 발명의 범주를 제한하거나 한정하기 위해 사용되어서는 안 되며, 이는 다음의 청구의 범위 및 이들의 등가물에 의해 결정되어야 한다.
집적된 CFZ/PLNG
스트림 상증기/액체 압력 온도 총 유량 몰%
kPa psia ℃ ℉ kg-mol/시 lb-mol/시 CO2 CH4
10 증기 6,764 981 18.3 65.0 49,805 109,800 71.1 26.6
11 증기/액체 3,103 450 -56.7 -70.0 49,805 109,800 71.1 26.6
12 액체 3,103 450 -7.7 18.2 55,656 122,700 95.9 1.4
13 액체 3,103 450 -4.9 23.2 36,424 80,300 96.5 0.5
14 증기 3,068 445 -92.0 -133.6 30,844 68,000 2.0 97.7
19 액체 3,068 445 -94.6 -138.3 30,844 68,000 2.0 97.7
20 액체 3,068 445 -94.6 -138.3 13,381 29,500 2.0 97.7
21 액체 3,068 445 -94.6 -138.3 17,463 38,500 2.0 97.7
개-루프 냉각을 사용한 집적된 CFZ/PLNG
스트림 상증기/액체 압력 온도 총 유량 몰 %
kPa psia ℃ ℉ g-mol/시 b-mol/시 C02 N2 CH4 H2S C2 +
101 증기 6,764 981 18.3 65 49,850 109,900 71.1 0.4 26.6 0.6 1.3
102 증기 6,764 981 18.3 65 19,731 43,500 71.1 0.4 26.6 0.6 1.3
103 증기 6,764 981 18.3 65 30,119 66,400 71.1 0.4 26.6 0.6 1.3
104 증기/액체 6,695 971 -7.8 18 5,942 13,100 71.1 0.4 26.6 0.6 1.3
105 증기/액체 2,758 400 -56.7 -70 49,850 109,900 71.1 0.4 26.6 0.6 1.3
106 증기 2,758 400 -99.4 -147 31,116 68,600 0.1 1.5 98.4 16ppm 0.0
107 증기 2,551 370 -30.6 -23 31,116 68,600 0.1 1.5 98.4 16ppm 0.0
108 증기 16,823 2,440 51.7 125 23,723 52,300 0.1 1.5 98.4 16ppm 0.0
109 액체 2,758 400 -101.7 -151 18,008 39,700 0.1 1.5 98.4 16ppm 0.0
110 증기 16,823 2,440 51.7 125 5,715 12,600 0.1 1.5 98.4 16ppm 0.0
115 액체 2,758 400 -11.1 12 36,741 81,000 96.5 0.0 1.0 0.7 1.8
116 액체 2,758 400 -11.1 12 6,532 14,400 96.5 0.0 1.0 0.7 1.8
117 액체 2,758 400 -11.1 12 30,209 66,600 96.5 0.0 1.0 0.7 1.8
118 증기 1,862 270 -21.1 -6 21,727 47,900 96.8 0.0 1.3 0.7 1.2
119 액체 1,862 270 -21.1 -6 8,482 18,700 95.5 0.0 0.1 0.9 3.5
120 증기 621 90 -23.3 -10 8,210 18,100 97.8 0.0 0.1 0.9 1.2
121 액체 621 90 -23.3 -10 227 500 18.7 0.0 0.0 0.6 80.7
122 액체 29,751 4,315 65.6 150 36,514 80,500 97.0 0.0 1.0 0.7 1.3
123 증기 16,616 2,410 -28.3 -19 23,723 52,300 0.1 1.5 98.4 16ppm 0.0
124 증기/액체 1,931 280 -22.2 -8 6,532 14,400 96.5 0.0 1.0 0.7 1.8
125 증기 621 90 -22.2 -8 6,532 14,400 96.5 0.0 1.0 0.7 1.8
126 액체 2,758 400 -101.7 -151 5,715 12,600 0.1 1.5 98.4 16ppm 0.0
128 증기 6,895 1,000 56.1 133 1,633 3,600 0.1 1.5 98.4 16ppm 0.0
CFZ/PLNG 냉각 압축력 요건에 대한 CFZ/통상의 LNG의 비교
동력, 마력 동력, kW
CFZ/통상 CFZ/PLNG 차이 CFZ/통상 CFZ/PLNG 차이
압축기
프로판 냉각 압축기 162,210 115,960 46,250 120,962 86,473 34,489
에틸렌 냉각 압축기 86,090 41,490 44,600 64,198 30,940 33,259
메탄 냉각 압축기 14,031 0 14,031 10,463 0 10,463
총 설치된냉각 압축력 262,331 157,450 104,881 195,623 117,412 78,211
총 설치된 CFZ/PLNG (%) 167% 100% 67% 167% 100% 67%

Claims (30)

  1. (a) 약 1,380kPa(200psia) 이상의 압력 및 동결가능한 성분에 대한 고체 형성 조건하에 작동하는 동결 구간과 당해 동결 구간 아래에 위치한 증류 구간을 갖는 분리 시스템으로 다중 성분 공급물 스트림을 도입하고, 이때 상기 분리 시스템이 메탄이 풍부한 증기 스트림과 동결가능한 성분이 풍부한 액체 스트림을 제조하는 단계,
    (b) 상기 증기 스트림의 적어도 일부를 냉각시켜 약 -112℃(-170℉) 이상의 온도 및 액체 생성물이 이의 기포점(bubble point) 또는 그 아래에서 존재하기에 충분한 압력을 갖는 메탄이 풍부한 액화 스트림을 제조하는 단계,
    (c) 단계 (b)의 액화 스트림의 제1 부분을 메탄이 풍부한 액화 생성물 스트림으로서 회수하는 단계, 및
    (d) 단계 (b)의 액화 스트림의 제2 부분을 상기 분리 시스템으로 도입시켜 상기 분리 시스템을 냉각시키는 단계를 포함하는, 메탄과 상대 휘발도가 메탄의 경우보다 낮은 동결가능한 성분을 함유하는 다중 성분 공급물 스트림으로부터 메탄이 풍부한 가압 액체를 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, -112℃(-170℉) 이상의 온도에서 저장하기 위한 저장 장치에 액화 생성물을 도입하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 냉각 단계 (b)가 증기 스트림을 고압 스트림으로 압축시키고, 상기 압축된 스트림의 적어도 일부를 열 교환기에서 냉각시키며, 냉각되고 압축된 스트림을 저압으로 팽창시켜 압축된 스트림이 추가로 냉각되어 약 -112℃(-170℉) 이상의 온도 및 액체 생성물이 이의 기포점 또는 그 아래에서 존재하기에 충분한 압력을 갖는 메탄이 풍부한 액화 스트림을 제조하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 열 교환기에서의 압축 스트림의 냉각이 단계 (a)의 증기 스트림과의 간접 열 교환에 의해 수행되는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 분리 시스템에 의해 제조된 액체 스트림을 압력 팽창에 의해 냉각시키고 팽창된 냉각 액체 스트림을 사용하여 간접 열 교환시킴으로써 압축된 스트림을 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  6. 제3항에 있어서, 압축 스트림의 압력과 팽창 스트림의 압력을 조절하여 분리 시스템으로 도입되는 액화 스트림의 제2 부분에서의 고체 형성을 방지하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 단계 (a)의 분리 시스템이 증류 구간과 당해 증류 구간 위에 동결 영역을 포함하는 제1 증류 칼럼 및 증류 구간을 포함하는 제2 증류 칼럼을 포함하고, 단계 (a)의 다중 성분 공급물 스트림을 상기 제1 증류 칼럼으로 도입시키는 단계, 증기 상부 스트림을 상기 동결 영역에서 제2 증류 칼럼의 저부 영역으로 공급하는 단계, 증기 스트림을 제2 증류 칼럼으로부터 회수하는 단계, 단계 (b)에 따라 상기 증기 스트림을 냉각시키는 단계, 단계 (d)의 액화 스트림의 제2 부분을 상기 제2 분리 칼럼의 상부 영역으로 공급하는 단계, 액체 하부 스트림을 상기 제2 증류 칼럼으로부터 회수하는 단계, 및 액체 하부 스트림을 상기 제1 증류 칼럼의 상기 동결 영역으로 공급하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 분리 시스템이 제1 증류 구간, 제1 증류 구간 아래에 제2 증류 구간, 및 제1 증류 구간과 제2 증류 구간 사이에 동결 영역을 포함하며, 이때 단계 (d)의 액화 스트림의 제2 부분이 제1 증류 구간으로 도입되는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 단계 (b)에서의 상기 증기 스트림의 냉각이 폐-루프 냉각 시스템에 의해 냉각된 열 교환기에서 수행되는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 폐-루프 냉각 시스템이 주요 냉매로서 프로판을 갖는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 폐-루프 냉각 시스템이 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 이산화탄소, 황화수소 및 질소를 포함하는 냉매를 갖는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 단계 (b) 이전에, 메탄이 풍부한 액화 가스의 증발로 인해 생성된 비등(boil-off) 증기를 상기 공정으로 통과시키는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 가스 스트림의 액화가 2개의 폐-루프 냉각 사이클을 캐스케이드 배열로 사용하여 수행되는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 단계 (b)의 다중 성분 가스 스트림의 압력이 3,100kPa(450psia) 이상인 방법.
  15. 제1항에 있어서, 동결가능한 성분이 이산화탄소인 방법.
  16. 제1항에 있어서, 냉각 단계 (b)가 증기 스트림을 압축 스트림으로 압축시키는 단계, 상기 압축 스트림의 적어도 일부를 열 교환기에서 냉각시키는 단계, 냉각된 압축 스트림의 제1 부분을 생성물 가스 스트림으로서 회수하는 단계, 및 냉각된 압축 스트림의 제2 부분을 보다 낮은 압력으로 팽창시켜 압축 스트림이 추가로 냉각되어 약 -112℃(-170℉) 이상의 온도 및 액체 생성물이 이의 기포점 또는 그 아래에서 존재하기에 충분한 압력을 갖는 메탄이 풍부한 액화 스트림을 제조하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  17. (a) 동결가능한 성분에 대한 고체 형성 조건하에 작동하는 분리 시스템으로 다중 성분 공급물 스트림을 도입하는 단계,
    (b) 증기 스트림을 상기 분리 시스템의 상부 영역으로부터 회수하는 단계,
    (c) 상기 증기 스트림을 고압 스트림으로 압축시키는 단계,
    (d) 상기 압축된 스트림의 적어도 일부를 단계 (b)의 증기 스트림에 유용한 냉각 수단을 사용하여 냉각시키는 단계,
    (e) 상기 냉각된 압축 스트림을 팽창시켜 상기 압축된 스트림을 추가로 냉각시키며, 이때 상기 팽창된 스트림이 주로 액체인 단계,
    (f) 상기 팽창된 스트림의 적어도 일부를 분리 시스템의 상부 영역으로 공급하여 상기 분리 시스템을 냉각시키는 단계, 및
    (g) 팽창된 스트림으로부터 메탄이 풍부한 액체 생성물 스트림을 회수하는 단계를 포함하는, 최소한의 메탄과 상대 휘발도가 메탄의 경우보다 낮은 하나 이상의 동결가능한 성분을 포함하는 다중 성분 공급물 스트림을 분리시켜 메탄이 풍부한 액체 생성물을 제조하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 단계 (c)의 압축된 증기 스트림의 일부를 회수하고 상기 증기 스트림의 나머지 부분을 단계 (d)에 따라 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 단계 (b)의 증기 스트림이 단계 (c)에서 압축되기 전에 가온되는 방법.
  20. 제17항에 있어서, 분리 시스템이 제1 증류 구간, 제1 증류 구간 아래에 위치한 제2 증류 구간, 및 제1 증류 구간과 제2 증류 구간 사이에 동결 영역을 포함하며, 이때 팽창된 액체 스트림이 제1 증류 구간으로 도입되는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 다중 성분 공급물 스트림이 제1 증류 구간 아래로 도입되는 방법.
  22. 제17항에 있어서, 분리 시스템으로부터 액체를 제거하는 단계, 상기 액체를 압력 팽창 장치에 의해 냉각시키는 단계, 및 상기 액체를 단계 (c)의 압축 스트림과의 열 교환에 의해 적어도 일부 기화시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  23. 제17항에 있어서, 동결가능한 성분이 풍부한 분리 시스템으로부터 액체를 제거하는 단계, 상기 동결가능한 성분이 풍부한 액체를 압력 팽창 장치에 의해 냉각시키는 단계, 및 다중 성분 공급물 스트림이 분리 시스템으로 도입하기 전에 이를 상기 팽창된 동결가능한 성분이 풍부한 액체와의 열 교환에 의해 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  24. 제17항에 있어서, 다중 성분 스트림이 분리 시스템으로 도입되기 전에 팽창 장치에 의해 냉각되는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  25. 제17항에 있어서, 단계 (c)의 고압 스트림의 압력 및 팽창된 스트림의 압력(e)이 조절되어 단계 (f)에서의 분리 시스템에 공급되는 스트림에서 고체 형성을 방지하는 방법.
  26. 제17항에 있어서, 단계 (g)의 회수된 액체 생성물 스트림의 압력이 약 1,380kPa(200psia) 이상인 방법.
  27. (a) 동결가능한 성분에 대한 고체 형성 조건하에 작동하는 분리 시스템에 다중 성분 공급물 스트림을 도입하는 단계,
    (b) 증기 스트림을 상기 분리 시스템의 상부 영역으로부터 회수하는 단계,
    (c) 상기 증기 스트림을 고압 스트림으로 압축시키는 단계,
    (d) 상기 압축된 스트림의 적어도 일부를 단계 (b)의 증기 스트림에 유용한 냉각 수단을 사용하여 냉각시키는 단계,
    (e) 상기 냉각된 압축 스트림을 팽창시켜 상기 압축된 스트림을 추가로 냉각시키며, 이때 상기 팽창된 스트림이 약 1,380kPa(200psia) 이상의 압력에서 주로 액체인 단계,
    (f) 상기 팽창된 스트림의 적어도 일부를 분리 시스템의 상부로 공급하여 상기 분리 시스템을 냉각시키는 단계, 및
    (g) 팽창된 스트림으로부터 메탄이 풍부한 액체 생성물 스트림을 약 1,380kPa(200psia) 이상의 압력에서 회수하는 단계를 포함하는, 약 1,380kPa(200psia) 이상의 압력에서 메탄과 상대 휘발도가 메탄의 경우보다 낮은 동결가능한 성분을 함유하는 다중 성분 공급물 스트림으로부터 액화 천연 가스를 제조하는 방법.
  28. (a) 압력이 약 1,380kPa(200psia) 이상인 다중 성분 공급물 스트림을 상기 동결가능한 성분에 대한 고체 형성 조건하에 작동하는 분리 시스템으로 도입시켜 메탄-풍부 증기 스트림과 분리 시스템에서 고형화된 상기 성분이 풍부한 액체 스트림을 제공하는 단계,
    (b) 증기 스트림을 폐-루프 냉각 시스템에 의해 액화시켜 약 -112℃ 이상의 온도 및 액체가 기포점 또는 그 아래에서 존재하기에 충분한 압력을 갖는 메탄-풍부 액체를 제조하는 단계, 및
    (c) 상기 메탄-풍부 액체를 -112℃ 이상의 온도에서 저장을 위해 저장 용기에 도입시키는 단계를 포함하는, 메탄과 하나 이상의 동결가능한 성분을 포함하는 다중 성분 스트림을 액화시켜 약 -112℃ 이상의 온도 및 액체가 기포점 또는 그 아래에서 존재하기에 충분한 압력을 갖는 메탄-풍부 액체를 제조하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 공급물 스트림의 액화가 폐-루프 냉각 시스템을 사용하여 수행되는 방법.
  30. 제28항에 있어서, 공급물 스트림의 액화 이전에 분리 시스템으로부터의 증기 스트림을 액화 천연 가스의 증발에 의한 비등 가스와 배합하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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