KR20020066331A - 팽창 냉각에 의한 천연 가스의 액화방법 - Google Patents

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스톤존비.
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엑손모빌 업스트림 리서치 캄파니
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Abstract

본 발명은 메탄이 풍부한 가압 가스 스트림의 액화방법에 관한 것이다. 본 방법의 제1 단계에서, 바람직하게는 11,000kPa 이상의 압력에 있는 가압 공급 스트림의 제1 부분(13)을 회수하고, 저압으로 엔트로피적으로 팽창시켜(70) 회수된 제1 부분을 냉각시키고, 일부분 이상 액화시킨다. 공급 스트림의 제2 부분(12)을 팽창된 제1 부분(15)과 간접 열 교환시킴으로써 냉각시킨다. 그 다음, 제2 부분(17)을 저압으로 팽창시켜(72) 가스 스트림의 제2 부분(17)을 일부분 이상 액화시킨다. 액화된 제2 부분(37)을 -112℃의 온도와 압력이 이의 기포점 압력 이상인 가압 생성물 스트림으로서 공정으로부터 분리한다.

Description

팽창 냉각에 의한 천연 가스의 액화방법{Process for liquefying natural gas by expansion cooling}
청정 연소성 및 편리함으로 인해서, 최근에 천연 가스가 널리 사용되고 있다. 수 많은 천연 가스의 공급원은 가스의 상업적 시장으로부터 매우 멀리 원거리 지역에 위치하고 있다. 제조된 천연 가스를 상업적 시장으로 이송하기 위해서 종종 파이프관을 이용할 수 있다. 파이프관 이송이 불가능한 경우, 제조된 천연 가스를 시장에 이송하기 위해 종종 액화 천연 가스("LNG"로 지칭함)로 가공한다.
LNG 공장의 설계시, 가장 중요한 고려사항 중의 하나는 천연 가스 공급 스트림을 LNG로 전환시키는 방법이다. 가장 통상적인 액화 방법으로는 몇몇 냉각 시스템 형태가 사용된다.
LNG 냉각 시스템은 고가인데, 왜냐하면 천연 가스를 액화시키는데 너무 많은 냉각이 요구되기 때문이다. 전형적인 천연 가스 스트림은 약 4,830kPa(700psia)내지 약 7,600kPa(1,100psia)의 압력과 약 20℃(68℉) 내지 약 40℃(104℉)의 온도에서 LNG 공장으로 공급된다. 주로 메탄으로 이루어진 천연 가스를 에너지용으로 사용되는 중질 탄화수소의 경우에서와 같이 단순히 압력을 증가시켜 액화시킬 수는 없다. 메탄의 임계 온도는 -82.5℃(-116.5℉)이다. 이는 메탄을 적용된 압력과는 상관없이 본 온도 이하에서만 액화시킬 수 있음을 의미한다. 천연 가스는 가스 혼합물이므로, 이는 온도의 범위에 걸쳐서 액화된다. 천연 가스의 임계 온도는 약 -85℃(-121℉) 내지 -62℃(-80℉)이다. 통상적으로, 대기압에서 천연 가스 조성물은 약 -165℃(-265℉) 내지 -155℃(-247℉)의 온도 범위에서 액화된다. LNG 설비 비용의 상당 부분이 이러한 냉각 설비를 운전하는데 소모되므로, 냉각 비용을 낮추고, 해양 적용시 액화 공정의 중량을 저하시키기 위해 상당한 노력을 기울여왔다. 액화 설비의 중량을 가능한 낮게 하려는 이유는 구조물 위의 액화 공장용 구조 지지 필요물품을 줄이기 위해서다.
천연 가스를 액화시키는데 수 많은 냉각법이 사용되어 왔지만, 오늘날 LNG 공장에서 가장 통상적으로 사용되고 있는 3가지 형태로는 (1) "다단식 냉각법(cascade cycle)"(가스의 온도를 액화 온도까지 저하시키기 위해, 단계적으로 배열된 열 교환기내의 다수의 단일 성분 냉매를 사용한다), (2) "다성분 냉각법(multi-component refrigeration cycle)"(특정하게 고안된 열교환기내의 다성분 냉매를 사용한다) 및 (3) "팽창기 냉각법"(expander cycle)(가스를 고압에서 저압으로 팽창시켜 상응하게 온도를 저하시킨다)이 있다. 대부분의 천연 가스 냉각법으로는 이러한 3종류의 기본 형태의 변화 또는 조합이 사용된다.
일반적으로 다단식 시스템은 어느 한 단계로부터 팽창된 냉매를 다음 단계의 압축된 냉매를 응축시키는데 사용하는 2 이상의 냉각 루프(loop)를 사용한다. 각각의 연속적인 단계에는 팽창되는 경우에 보다 낮은 온도 수준의 냉각을 제공하여, 보다 낮은 온도로 냉각시킬 수 있는 보다 가볍고, 휘발성이 보다 더 큰 냉매가 사용된다. 압축기에 요구되는 전력을 낮추기 위해서, 각각의 냉각 사이클은 전형적으로 수 개의 압력 단계들로 나뉜다(3 또는 4개의 단계가 통상적이다). 본 압력 단계들은 냉각 작용을 수 개의 온도 단계로 나누는 효과를 가지고 있다. 통상적으로 프로판, 에탄, 에틸렌 및 메탄이 냉매로서 사용된다. 프로판은 공냉각기 또는 수냉각기에 의해 비교적 저압에서 응축시킬 수 있기 때문에, 일반적으로 제1 냉매로서 사용된다. 에탄 또는 에틸렌이 제2 용매로서 사용될 수 있다. 에탄 압축기를 이탈한 에탄을 응축시키기 위해서는 저온 냉매가 필요하다. 프로판에 의해 이러한 저온 냉매 기능이 제공된다. 유사하게, 메탄이 최종 단계 냉매로서 사용되는 경우, 메탄 압축기를 이탈한 메탄을 응축시키는데에는 에탄이 사용된다. 따라서, 공급 가스를 냉각시키고, 에탄 냉매를 응축시키는데에는 프로판 냉각 시스템이 사용되며, 공급 가스를 추가로 냉각시키고, 메탄 냉매를 응축시키는데에는 에탄이 사용된다.
혼합 냉매 시스템은 일반적으로 프로판에 의해 약 -35℃(-31℉)로 예비냉각시킨 후, 다성분 냉각 스트림을 순환시킴을 포함한다. 전형적인 다성분 시스템은 메탄, 에탄, 프로판 및 임의로 기타 저급 성분을 포함한다. 프로판 예비냉각을 하지 않는 경우, 부탄 및 펜탄과 같은 고급 성분을 다성분 냉매에 포함시킬 수 있다.혼합 냉매 사이클의 특성은 공정내의 열 교환기에 의해 2상 냉매의 유동을 일정하게 조절해야만 하는 것과 같은 것이다. 혼합 냉매는 온도의 범위에 걸쳐서 바람직한 응축 특성을 나타내는데, 이에 의해 순수한 성분의 냉매 시스템에 비해 열역학적으로 보다 효율적인 열 교환 시스템의 설계가 가능해진다.
팽창기 시스템을 원칙에 따라 작동시켜 가스를 정해진 압력으로 압축시키고, 전형적으로는 외부 냉각으로 냉각시킨 다음, 팽창 터빈을 통해 팽창시킬 수 있으며, 이에 의해 일이 수행되며, 가스의 온도가 저하된다. 이러한 팽창에 의해 가스 부분이 액화될 수 있다. 그 다음, 저온 가스를 열 교환시켜 공급물을 액화시킨다. 팽창에 의해 수득된 전력은 일반적으로 냉각 사이클에 사용되는 주요 압축 전력의 일부분을 공급하는데 사용된다. 전형적인 LNG 제조용 팽창 사이클은 약 6,895kPa(1,000psia)하의 압력에서 작동된다. 가온 스트림 성분을 다수의 일 팽창(work expansion) 단계를 거치게 함으로써 냉각을 보다 효과적으로 수행해 왔다.
최근에는 천연 가스를 -112℃(-170℉) 이상의 온도와 액체가 기포점(bubble point) 이하의 온도로 되기에 충분한 압력에서 수송하는 방법이 제안되었다. 대부분의 천연 가스 조성물에 있어서, -112℃ 이상의 온도에서의 천연 가스의 압력은 약 1,380kPa(200psia) 내지 약 4,480kPa(650psia)이다. 이러한 압축된 액체 천연 가스를 대기압 및 약 -162℃(-260℉)의 온도에서 이송되는 LNG와 구별하기 위해 PLNG로 지칭한다. PLNG의 제조방법은 미국 특허 제5,950,453호(R. R. Bowen et al.), 미국 특허 제5,956,971호(E. T. Cole et al.), 미국 특허 제6,023,942호(E.R. Thomas et al.) 및 미국 특허 제6,016,665호(E. T. Cole et al.)에 기재되어 있다.
미국 특허 제6,023,942호(E. R. Thomas et al.)에는 메탄이 풍부한 공급 가스 스트림을 팽창시켜 PLNG를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 공급 가스 스트림은 약 3,100kPa(450psia) 이상의 초기 압력으로 제공된다. 가스를 적합한 팽창 수단에 의해 액화시켜 온도가 약 -112℃(-170℉) 이상이고, 압력이 액체 생성물을 이의 기포점 또는 그 이하의 온도로 하기에 충분한 액체 생성물을 제조한다. 팽창시키기 전, 가스를 액화되지 않고 팽창 수단을 통과하는 재순환 증기에 의해 냉각시킬 수 있다. 팽창 수단에 의해 액화되지 않은 가스로부터 PLNG 생성물은 상 분리기에 의해 분리된다. 미국 특허 제6,023,942호의 방법에 의해 PLNG를 효과적으로 제조할 수 있지만, 산업 현장에서는 PLNG 제조에 보다 효과적인 방법이 계속적으로 요구되고 있다.
발명의 요약
본 발명은 메탄이 풍부한 가압 가스 스트림(pressurized gas stream)을 액화시키는 방법에 관한 것이다. 제1 단계에서, 바람직하게는 압력이 11,032kPa(1,600psia) 이상인 가압 공급 스트림의 제1 부분을 회수하여, 저압으로 엔트로피적으로 팽창시켜 냉각시키고, 회수된 제1 부분을 적어도 부분 액화시킨다. 공급 스트림의 제2 부분을 팽창된 제1 부분과 간접 열 교환시켜 냉각시킨다. 그 다음, 제2 부분을 저압으로 팽창시키는데, 이에 의해 가압 가스 스트림의 제2 부분이 적어도 부분 액화된다. 액화된 제2 부분을 공정으로부터 온도가 -112℃(-170℉) 이상이고, 압력이 이의 기포점 압력 이상인 가압 생성물 스트림으로서 제거한다.
본 발명은 천연 가스 및 기타의 메탄이 풍부한 가스 스트림(methane-rich gas stream)의 액화방법에 관한 것이며, 보다 특정하게는 가압 액화 천연 가스(PLNG)의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명 및 이의 이점은 하기의 상세한 설명 및 도면을 참조함으로써 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 방법에 따라 PLNG를 제조하기 위한 하나의 양태의 도식적인 공정도이다.
도 2는 공급 가스 스트림을 예비냉각시키는데 외부 냉각을 사용한다는 점을 제외하고는 도 1에 나타낸 방법과 유사한 PLNG 제조의 제2 양태의 도식적인 공정도이다.
도 3은 가스를 PLNG 조건으로 냉각시키기 위해 3개의 팽창 단계 및 3개의 열 교환기를 사용하는 본 발명의 방법에 따라 PLNG를 제조하기 위한 제3 양태의 도식적인 공정도이다.
도 4는 가스를 PLNG 조건으로 냉각시키기 위해 4개의 팽창 단계 및 4개의 열 교환기를 사용하는 본 발명의 방법에 따라 PLNG를 제조하기 위한 제4 양태의 도식적인 공정도이다.
도 5는 본 발명의 방법에 따라 PLNG를 제조하기 위한 제5 양태의 도식적인 공정도이다.
도 6은 고압에서 작동되는 도 3에 도식적으로 나타낸 형태의 천연 가스 액화설비에 대한 냉각 곡선 및 가온 곡선의 그래프이다.
본 도면들은 본 발명의 방법의 실시의 특정한 양태를 예시한 것이다. 본 도면은 특정한 양태의 통상적이고 예상되는 개질의 결과인 기타 양태를 본 발명의 범주로부터 배제시키기 위한 것이 아니다.
본 발명은 온도가 약 -112℃(-170℉)이고, 액체 생성물을 이의 기포점 또는 그 이하로 하기에 충분한 압력을 갖는 메탄이 풍부한 액체 생성물을 제조하기 위한 압력 팽창에 의한 천연 가스의 개선된 액화방법에 관한 것이다. 이러한 메탄이 풍부한 생성물은 종종 본원에서 가압 액화 천연 가스("PLNG")로 지칭한다. 본 발명의 넓은 개념내에서, 고압의 메탄이 풍부한 가스의 일부분 이상을 팽창시켜 메탄이 풍부한 가스의 나머지 부분을 냉각시킨다. 본 발명의 액화방법에서, 액화시키려는 천연 가스를 비교적 고압, 바람직하게는 11,032kPa(1,600psia) 이상의 압력으로 가압한다. 본 발명자들은 PLNG를 제조하기 위해서 천연 가스를 액화시키는 경우, 비교적 고압에서 개방 루프(open-loop) 냉각을 사용하여 압력 팽창에 의해 이를 액화시키기 전 천연 가스를 예비냉각하는 것이 열역학적으로 효율적일 수 있다는 사실을 발견하였다. 본 발명 이전에, 당해 기술 수준으로는 기초적인 예비냉각 방법으로서 개방 루프 냉각을 사용하여 PLNG를 효율적으로 제조할 수 없었다.
본원에서 사용된 용어 "기포점"은 액체가 가스로 전환되기 시작하는 온도와 압력을 의미한다. 예를 들면, PLNG의 특정 용적이 일정한 압력에서 유지되지만,이의 온도는 증가하는 경우, PLNG내에서 가스의 기포가 형성되기 시작하는 온도가 기포점이다. 유사하게, PLNG의 특정 용적이 항온으로 유지되지만, 압력은 저하되는 경우, 가스가 형성되기 시작하는 압력이 당해 온도에서의 기포점 압력이 된다. 기포점에서, 액화된 가스는 포화 액체이다. 대부분의 천연 가스 조성물에 있어서, -112℃ 이상의 온도에서의 천연 가스의 기포점 압력은 약 1,380kPa(200psia) 이상이다. 본 명세서에서 사용된 용어 천연 가스는 PLNG 제조용으로 적합한 가스상 원료 물질을 의미한다. 천연 가스는 조유 유정(crude oil well)(관련 가스) 또는 가스 정(gas well)(비관련 가스)으로부터 수득된 가스를 포함할 수 있다. 천연 가스의 조성은 크게 변화할 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 천연 가스 스트림은 주성분으로서 메탄(C1)을 함유한다. 또한, 천연 가스는 통상적으로 에탄(C2), 중질 탄화수소(C3+), 및 물, 이산화탄소, 황화수소, 질소, 먼지, 황화철, 왁스 및 조유와 같은 소량의 불순물을 함유한다. 이러한 불순물의 용해도는 온도, 압력 및 조성에 따라 변한다. 천연 가스 스트림이 액화 중에 냉각될 수 있는 중질 탄화수소를 함유하는 경우 또는 중질 탄화수소가 조성의 명세 또는 응축물로서의 이들의 수치로 인해 PLNG내에서 바람직하지 못한 경우, 통상적으로 중질 탄화수소를 천연 가스를 액화시키기 전에 분별과 같은 분리 방법에 의해 제거한다. PLNG의 작동 압력 및 온도에서, 질소가 PLNG와 함께 액상내에 잔류할 수 있기 때문에, 천연 가스내의 적절한 양의 질소는 허용될 수 있다. 주어진 압력에서 PLNG의 기포점 온도는 질소 함량이 증가함에 따라 저하되므로, 일반적으로 비교적 낮은 질소 농도를 갖는 PLNG를 제조하는 것이 바람직할 것이다.
도 1에 있어서, 액화 공정으로 공급되는 가압 천연 가스 공급 스트림(10)을 통상적으로 바람직한 11,032kPa(1,600psia) 이상의 압력, 보다 바람직하게는 13,800kPa(2,000psia) 이상의 압력을 수득하기 위해 하나 이상의 압축 단계에 의해 추가로 가압해야할 필요가 있다. 그러나, 공급 천연 가스를 12,410kPa 이상의 압력에서 이용할 수 있는 경우, 이러한 압축 단계가 필요치 않을 수도 있다는 사실을 이해해야 한다. 각각의 압축 단계 후, 압축된 증기는 바람직하게는 하나 이상의 통상적인 공냉기 또는 수냉기에 의해 냉각된다. 본 발명의 방법을 예시한 각각의 경우에 있어서, 도 1은 압축기(50)와 그 다음 하나의 냉각기(90)로 이루어진 일단계만을 도시한 것이다.
스트림(12)의 대부분을 열 교환기(61)에 통과시킨다. 압축 증기 스트림(12)의 나머지 부분을 스트림(13)으로서 회수하고, 팽창 수단(70)에 통과시켜 가스 스트림(13)의 압력과 온도를 저하시키는데, 이에 의해 적어도 부분 액화된 가스인 냉각된 스트림(15)이 제조된다. 스트림(15)은 열 교환기(61)를 통과하여, 스트림(24)으로서 열 교환기를 빠져나온다. 열 교환기(61) 통과시, 열 교환기(61)를 빠져나오는 스트림(17)이 스트림(12) 보다 실질적으로 냉각되도록, 스트림(15)은 간접 열교환에 의해 열 교환기(61)를 통과하는 가압 가스 스트림(12)을 냉각시킨다.
스트림(24)을 각각의 단계 후 냉각시키면서 하나 이상의 압축 단계에 의해 압축시킨다. 도 1에서, 가스를 압축기(51)에 의해 압축시킨 후, 압축된스트림(25)을 가압 공급 스트림, 바람직하게는 냉각기(90)의 상부스트림(upstream)인 스트림(11)과 혼합함으로써 재순환시킨다.
스트림(17)을 스트림(17)의 압력 저하용 팽창 수단(72)에 통과시킨다. 팽창 수단(72)을 빠져나오는 유체 스트림(36)을 하나 이상의 상 분리기에 통과시켜 바람직하게는 팽창 수단(72)에 의해 액화되지 않은 가스로부터 액화된 천연 가스를 분리한다. 이러한 상 분리기의 작동은 당해 기술 분야의 숙련가에게 널리 공지되어 있다. 그 다음, 액화된 가스를 온도가 -112℃(-170℉) 이상이고, 압력이 이의 기포점 압력 이상인 생성물 스트림(37)으로서 적합한 저장 수단 또는 이송 수단(나타내지 않음)으로 보내고, 상 분리기로부터의 가스상[스트림(38)]을 연료로서 사용하거나 액화 공정으로 재순환시킬 수 있다.
도 2는 도 1과 동일한 성분에 동일한 도면부호를 부여한 도 1의 양태와 유사한 본 발명의 또 다른 양태의 도식적 예이다. 도 2의 방법과 도 1의 방법의 주요한 차이점은 도 2 방법에서 분리기(80)의 상부를 빠져나오는 증기 스트림(38)이 압축 장치(73)에 의한 하나 이상의 압축 단계에 의해 대략 증기 스트림(11)의 압력으로 압축되며, 압축 스트림(39)을 공급 스트림(11)과 혼합한다는 점(1) 및 스트림(12)을 열 교환기(60)내의 폐쇄 사이클 냉매에 의한 간접 열 교환에 의해 냉각시킨다는 점(2)이다. 스트림(12)은 열 교환기(60)를 통과함에 따라, 통상적인 폐쇄 루프 냉각 시스템(91)과 연결된 스트림(16)에 의해 냉각된다. 일성분, 다성분 또는 캐스케이드 냉각 시스템(91)을 사용할 수 있다. 캐스케이드 냉각 시스템은 2 이상의 폐쇄 루프 냉각 사이클을 포함할 수 있다. 폐쇄 루프 냉각 사이클은예를 들면, 본 발명을 한정하는 것은 아니지만, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 이산화탄소, 황화수소 및 질소와 같은 냉매를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 폐쇄 루프 냉각 시스템(91)은 주냉매로서 프로판을 사용한다. 보일-오프 증기(boil-off vapor) 스트림(40)을 임의로 액화 공정에 도입하여 PLNG로부터 제조된 보일-오프 증기를 재액화시킬 수 있다. 또한, 도 2는 증기 스트림(38)으로부터 임의로 회수될 수 있는 연료 스트림(44)을 도시한 것이다.
도 3은 가스를 PLNG 조건으로 냉각시키기 위해 3개의 팽창 단계 및 3개의 열 교환기를 사용하는 본 발명의 방법에 따라 PLNG를 제조하기 위한 제3 양태의 도식적 공정도를 나타낸 것이다. 본 양태에서, 공급 스트림(110)을 각각의 압축 단계 후 하나 이상의 후냉각기를 갖는 하나 이상의 압축 단계에 의해 압축시킨다. 간단히 하기 위해, 도 3에는 하나의 압축기(150) 및 하나의 후냉각기(190)를 도시하였다. 냉각된 스트림(134)이 팽창 수단(172)에 의해 팽창되어 통상적인 상 분리기(180)를 통과하기 전, 고압 스트림(112)의 대부분을 연속적인 3개의 열 교환기(161, 162 및 163)에 통과시킨다. 3개의 열 교환기(161, 162 및 163)는 폐쇄 루프 냉각에 의해 냉각되지 않고 개방 루프 냉각에 의해 각각 냉각되는 열 교환기이다. 소량의 스트림(112)을 스트림(113)[열 교환기(161)로 공급되는 스트림(114)을 빠져나온다]으로서 회수한다. 스트림(113)을 통상적인 팽창 수단(170)에 통과시켜 팽창된 스트림(115)을 제조하는데, 팽창된 스트림은 열 교환기(161)를 통과하여 스트림(114)을 냉각시키는 냉각 작용을 제공한다. 스트림(115)을 스트림(124)으로서 열 교환기(161)에 통과시킨 다음, 도 3에 나타낸 2개의 압축 단계인 통상적인 후냉각기(192 및 196)를 갖는 압축기(151 및 152)를 포함하는 하나 이상의 압축 단계에 통과시킨다.
열 교환기(161)를 빠져나오는 스트림(117) 부분을 스트림(118)[열 교환기(162)로 공급되는 스트림(119)을 빠져나온다]으로서 회수하고, 스트림(118)을 팽창 수단(171)에 의해 팽창시킨다. 팽창 수단(171)을 빠져나오는 팽창된 스트림(121)을 열 교환기(162 및 161) 및 하나 이상의 압축 단계에 통과시킨다. 도 3에는, 통상적인 냉각기(193 및 196)내에서 후냉각시키면서 압축기(153 및 154)를 이용한 2개의 압축 단계가 도시되어 있다.
도 3에 도시된 양태에서는, 상 분리기(180)를 빠져나오는 오버헤드(overhead) 증기 스트림(138)을 열 교환기(163, 162 및 161)에 냉각을 제공하는데 사용한다.
액화 천연 가스의 저장, 수송 및 취급시, 상당한 양이 통상 "보일-오프(boil-off)"로 지칭되는, 액화 천연 가스의 증발에 의해 생성된 증기가 될 수 있다. 본 발명의 방법에 의해 메탄이 풍부한 보일-오프 증기를 임의로 재액화시킬 수 있다. 도 3에 있어서, 보일-오프 증기 스트림(140)을 바람직하게는 열 교환기(163)에 통과시키기 전에 증기 스트림(138)과 혼합한다. 보일-오프 증기의 압력에 따라서, 보일-오프 증기를 액화 공정에 공급하는 지점에서의 압력에 맞추기 위해서 보일-오프 증기의 압력을 하나 이상의 압축기 또는 팽창기(도면에는 나타내지 않음)에 의해 조정할 필요가 있을 수 있다.
스트림(138)과 스트림(140)의 혼합물인 증기 스트림(141)을 열 교환기(163)에 통과시켜 스트림(120)을 냉각시킨다. 열 교환기(163)로부터 가열된 증기 스트림[스트림(142)]을 열 교환기(162)에 통과시켜 추가로 가열한 다음, 스트림(143)으로서 열 교환기(161)에 통과시킨다. 열 교환기(161)를 빠져나간 후, 스트림(128)의 일부분을 연료[스트림(144)]로서 액화 공정으로부터 회수할 수 있다. 스트림(128)의 나머지 부분을 냉각기(194, 195 및 196)에 의해 각각의 단계 후에 냉각시키면서 압축기(155, 156 및 157)에 통과시킨다. 냉각기(196)를 냉각기(190)와는 분리된 냉각기로서 나타내었지만, 스트림(133)을 냉각기(190)의 상부스트림인 스트림(111)에 연결함으로써 냉각기(196)를 본 공정으로부터 생략할 수도 있다.
도 4는 도 3과 동일한 성분에 동일한 도면부호를 부여한 본 발명의 또 다른 양태의 도식적 도면이다. 도 4에 나타낸 양태에서, 천연 가스 공급 스트림(110)을 팽창 장치(172)에 의해 액화시키기 전 팽창 장치(170, 171 및 173) 및 4개의 열 교환기(161, 162, 163 및 164)를 사용한 3개의 팽창 사이클에 의해 예비 냉각(pre-ccoling)시킨다. 도 4의 양태는 부가된 팽창 사이클을 제외하고는 도 3에 예시한 것과 유사한 공정 배치를 갖는다. 도 4에 있어서, 스트림(120)의 일부분을 스트림(116)으로서 회수하고, 팽창 장치(173)에 의해 저압의 스트림(123)으로 압력 팽창시킨다. 그 다음, 스트림(123)을 계속해서 열 교환기(164, 162 및 161)에 통과시킨다. 열 교환기(161)를 통과한 스트림(129)을 압축기(158 및 159) 및 후냉각기(197 및 196)에 의해 압축시키고, 냉각시킨다.
도 5는 3개의 팽창 단계 및 3개의 열 교환기를 사용하지만, 도 3에 나타낸 양태와는 상이한 배열을 갖는 본 발명의 방법에 따라 PLNG를 제조하기 위한 제4 양태의 도식적인 공정도를 도시한 것이다. 도 5에 있어서, 스트림(210)을 통상적인 후냉각기(290 및 291)에서 냉각시킨 후, 압축기(250 및 251)에 통과시킨다. 후냉각기(291)를 통과한 스트림(214)의 대부분을 열 교환기(260)에 통과시킨다. 스트림(214)의 제1 부분을 스트림(242)으로서 회수하고 열 교환기(262)에 통과시킨다. 스트림(214)의 제2 부분을 스트림(212)으로서 회수하고 통상적인 팽창 수단(270)에 통과시킨다. 팽창 수단(270)을 통과한 팽창된 스트림(220)을 열 교환기(260)에 통과시켜 열 교환기(260)를 통과하는 스트림(214)의 주요 부분을 일부 냉각시킨다. 열 교환기(260)에 통과시킨 후, 가열된 스트림(226)을 통상적인 후냉각기(292 및 293)에 의해 후냉각시키면서 압축기(252 및 253)에 의해 압축한다. 열 교환기(260)를 통과한 스트림(223)의 일부분을 스트림(224)으로서 회수하여 팽창 수단(271)에 통과시킨다. 팽창 수단(271)을 통과한 팽창된 스트림(225)을 열 교환기(261 및 260)에 통과시켜 열 교환기(260 및 261)에 부가적인 냉각 기능을 제공한다. 열 교환기(260)에 통과시킨 후, 가열된 스트림(227)을 통상적인 후냉각기(295 및 296)에 의해 후냉각시키면서 압축기(254 및 255)에 의해 압축한다. 대략 스트림(214)의 압력으로 압축시키고, 적합하게 후냉각시킨 후, 스트림(226 및 227)을 스트림(214)과 혼합하여 재순환시킨다. 도 5에는 스트림(226 및 227)의 후냉각의 마지막 단계가 후냉각기(293 및 296)내에서 수행되는 것으로 도시되어 있지만, 당해 기술 분야의 숙련가들은 스트림(226 및 227)을 냉각기(291)의 상부스트림인 가압 증기 스트림(210)에 도입하는 경우, 후냉각기(293 및 296)를 하나 이상의 후냉각기(291)로 대체할 수 있다는 사실을 인식할 것이다.
열 교환기(261)에 통과시킨 후, 스트림(230)을 팽창 수단(272)에 통과시키고, 팽창된 스트림을 스트림(231)으로서 통상적인 상 분리기(280)에 도입한다. PLNG를 -112℃ 이상의 온도와 액체를 이의 기포점 또는 그 이하로 하기에 충분한 압력에서 상 분리기(280)의 하부 말단으로부터 스트림(255)으로서 회수한다. 팽창 수단(272)에 의해 스트림(230) 모두가 액화되지 않는 경우에는, 상 분리기(280)의 상부로부터 증기가 스트림(238)으로서 회수될 것이다.
증기 스트림(238)을 열교환기(262)에 통과시키기 전, 보일-오프 증기 스트림(239)을 증기 스트림(238)에 도입함으로써 보일-오프 증기를 임의로 액화 시스템에 도입할 수 있다. 보일-오프 증기 스트림(239)은 이들이 도입되는 증기 스트림(238)의 압력 또는 그 근처이어야 한다.
증기 스트림(238)을 열 교환기(262)에 통과시켜 열 교환기(262)를 통과하는 스트림(242)을 냉각시킨다. 열 교환기(262)로부터, 가열된 스트림(240)을 스트림(214)과 혼합하여 재순환시키기 전 통상적인 후냉각기(295 및 297)에 의해 후냉각시키면서 압축기(256 및 257)에 의해 압축시킨다.
본 발명의 액화 공정의 효율은 엔트로피적으로 팽창된 고압 가스로 이루어진 복합물 냉각 스트림의 엔탈피/온도 가온 곡선이 액화시키려는 가스의 상응하는 냉각 곡선과 얼마나 근접할 수 있느냐 하는 것이다. 이러한 2개의 곡선 사이의 "조화(matching)"에 의해 팽창된 가스 스트림이 얼마나 잘 액화 공정에 냉각 기능을 제공하느냐가 결정된다. 그러나, 본 조화에 적용되는 특정한 실제적인 사항이 있다. 예를 들면, 열 교환기내의 냉각 스트림과 가온 스트림 사이의 "핀치(pinch)"온도(온도 차가 극도로 작은 것)를 피하는 것이 바람직하다. 이러한 핀치에 있어서 목적하는 열 전달을 성취하기 위해서는 극도로 넓은 열 교환 면적이 요구된다. 또한, 열 교환기의 에너지 손실은 열 교환 유체의 온도 차에 좌우되므로, 너무 큰 온도 차이도 피해야 한다. 큰 에너지 손실은 대략 등엔트로피적으로 팽창된 가스의 냉각 포텐셜을 소모하는 열 교환기의 비가역성 또는 비효율성과 관련된다.
팽창 수단[도 1 및 도 2의 팽창 수단(70); 도 3의 팽창 수단(170 및 171); 도 4의 팽창 수단(170, 171 및 173); 및 도 5의 팽창 수단(270 및 271)]의 배출 압력을 냉각 곡선과 가온 곡선이 사실상 조화되도록 가능한 근접하게 조절한다. 본 발명의 실시에 의해 천연 가스에 대한 팽창된 가스의 가온 곡선과 냉각 곡선의 우수한 조화가 열 교환기내에서 유지될 수 있으므로, 열 교환은 비교적 작은 온도 차이에 의해 성취될 수 있으며, 따라서, 에너지 보존 작동이 이루어진다. 도 3에 있어서, 예를 들면, 팽창 수단(170 및 171)의 배출압을 조절하여 열 교환기(161 및 162)의 냉각/가온 곡선이 서로 평행하여 사실상 조화되도록 하는 스트림(115 및 121)의 압력을 생성시킨다. 본 발명자들은 PLNG 제조시 본 발명의 높은 열역학적 효율은 액화시키려는 가압 가스를 비교적 고압에서 예비 냉각시키고, 팽창된 유체의 배출압이 과거에 사용되었던 팽창된 유체에 비해 상당히 높은 압력인 경우에 도출된다는 사실을 발견하였다. 본 발명에서, 가압 가스의 일부분을 예비 냉각시키는데 사용된 팽창 수단[예: 도 3의 팽창 수단(170 및 171)]의 배출압은 1,380kPa(200psia)을 초과할 것이며, 보다 바람직하게는 2,400kPa(350psia)을 초과할 것이다. 도 3에 나타낸 방법에 있어서, 본 발명의 방법은 전형적으로6,895kPa(1,000psia)의 압력에서 작동되는 통상적인 천연 가스 액화 기술에 비해 열역학적으로 보다 효율적인데, 왜냐하면 본 발명에 의해 (1)냉각 곡선이 보다 잘 조화되고[열 교환기(161 및 162)내의 유체의 평행한 냉각 곡선이 근접하게 조화되도록 팽창된 가스 스트림(115 및 121)의 압력을 독립적으로 조정함으로써 수득될 수 있다], (2)열 교환기내의 모든 스트림의 상승된 압력으로 인해 열 교환기(161 및 162)내의 유체 사이의 열 전달이 개선되며, (3)천연 가스 공급 스트림(114)과 팽창된 가스 스트림[회수 스트림(124, 126 및 128)]의 압력 사이의 보다 낮은 압력비 및 팽창된 가스 스트림의 저하된 유속으로 인해 공정 압축 마력이 저하되기 때문이다.
본 발명의 방법을 수행하는 액화 공장 설계시, 다수의 개별적인 팽창 단계는 기술적이고 경제적인 문제에 따라 좌우될 것이며, 주입구 공급 압력, 생성물 압력, 설비 비용, 이용가능한 냉매 및 이의 온도를 고려한다. 단계의 수를 증가시키면 열역학적 효율이 우수해지지만, 설비 비용이 증가한다. 당해 기술 분야의 숙련가들은 본 발명의 교시를 고려하여 이러한 최적화를 수행할 수 있을 것이다.
본 발명은 어떠한 열 교환기 형태로도 한정되지는 않지만, 경제적인 관점에서, 콜드 박스(cold box)내의 플레이트 핀(plate fin) 및 나선형 열 교환기가 바람직하며, 모두 간접 열 교환에 의해 냉각시킨다. 본 명세서와 청구항에 사용된 용어 "간접 열 교환"이란 2개의 유체 스트림을 물리적으로 접촉시키지 않거나 또는 유체를 서로 혼합하지 않고 열 교환 관계로 도입함을 의미한다. 바람직하게는, 열 교환기로 보내어지는 액상 및 증기상 둘 다를 함유하는 모든 스트림은 이들이 통과하는 통로의 단면적에 균등하게 분포된 액상 및 증기상 둘 다를 갖는다. 이를 성취하기 위해서, 당해 기술 분야의 숙련가들은 개별적인 증기 스트림 및 액체 스트림용 분포 장치를 제공할 수 있다. 스트림을 액체 스트림과 증기 스트림으로 회수하기 위해 요구되는 것과 같이, 분리기(도면에 나타내지 않음)를 도 1 및 도 2의 다상 유동 스트림에 첨가할 수 있다. 유사하게, 도 3의 다상 유동 스트림(121) 및 도 4의 스트림(125)에 분리기를 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 5에서, 팽창 수단(72, 172 및 272)은 임의의 압력 저하 장치 또는 유동물을 조절하고/하거나 라인내의 압력을 저하시키기에 적합한 장치일 수 있으며, 예를 들면, 터보팽창기, 주울-톰슨 밸브(Joule-Thomson valve), 또는 이 둘의 조합물(예: 주울-톰슨 밸브와 터보팽창기 중 어느 하나 또는 둘 다를 동시에 사용할 수 있는 가능성을 제공하는 주울-톰슨 밸브와 터보팽창기를 병행하여 사용하는 조합물) 형태일 수 있다.
도 1 내지 도 5에 나타낸 바와 같은 팽창 수단(70, 170, 171, 173, 270 및 271)은 주울-톰슨 밸브라기 보다는 터보팽창기 형태인 것이 전체 열역학적 효율을 향상시키는데 있어서 바람직하다. 본 발명에 사용된 팽창기는 압축기, 펌프 또는 발전기에 사용하기에 적합한 샤프트-커플링된(shaft-coupled) 압축기일 수 있으며, 이에 의해 팽창기로부터 생성된 일을 유용한 기계적 에너지 및/또는 전기 에너지로 전환시킬 수 있으며, 이에 의해 전체 시스템에 있어서 상당한 에너지가 절감될 것이다.
도 3에 도시한 양태를 예시하기 위해, 가설적인 질량 및 에너지 수지를 수행하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 본 데이타는 HYSYSTM[하이드로테크(Hydrotech Ltd.)사(캐나다, 캘거리 소재)에서 시판됨]라는 명칭으로 시판되는 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 수득되었지만, 데이타를 수득하기 위해 기타 시판되는 공정 시뮬레이션 프로그램도 사용할 수 있으며, 예를 들면, 당해 기술 분야의 숙련가에게 익숙한, HYSISTM, PROⅡTM및 ASPEN PLUSTM이 포함된다. 표 1에 제시된 데이타는 도 3에 도시한 양태를 보다 잘 이해하기 위한 것이지만, 본 발명을 이것에 불필요하게 한정되는 것으로 해석해서는 안된다. 온도, 압력, 조성 및 유속은 본원의 교시에 따라 수 많은 변형을 가질 수 있다. 본 실시예는 천연 가스 공급 스트림(10)이 다음 조성(몰%)을 가짐을 예상한 것이다: C1: 94.3%, C2: 3.9%, C3: 0.3%, C4: 1.1% 및 C5: 0.4%.
도 6은 도 3에 도식적으로 나타낸 형태의 천연 가스 액화 설비에 대한 냉각 곡선 및 가온 곡선의 그래프이다. 곡선(300)은 열 교환기(161)내의 팽창된 가스 스트림(115, 122 및 143)으로 이루어진 복합물 스트림의 가온 곡선을 나타낸 것이며, 곡선(301)은 천연 가스[스트림(114)]의 냉각 곡선을 나타낸 것이다. 곡선(300 및 301)은 비교적 평행하며, 곡선 사이의 온도 차는 약 2.8℃(5℉)이다.
당해 기술 분야의 숙련가, 특히 본 발명의 교시의 이점을 갖는 숙련가들은상기 기재된 특정한 양태에 대한 수 많은 개질 및 변형을 인식할 것이다. 예를 들면, 다양한 온도 및 압력이 본 발명에 따라 사용될 수 있으며, 시스템의 전체 설계 및 공급 가스의 조성에 좌우된다. 또한, 최적의 효율적인 열 교환 요구 조건을 수행하기 위해서 전체 설계 필요 조건에 따라 공급 가스 냉각 트레인을 보충하거나 재배열할 수 있다. 또한, 도시한 장치와 상호 교환가능한 장치를 첨가함으로써 특정한 공정 단계를 성취할 수 있다. 상술한 바와 같이, 특정하게 나타낸 양태 및 실시예를 본 발명의 범주를 한정하거나 제한하는데 사용해서는 안되며, 본 발명의 범주는 하기 청구항 및 이의 등가물에 의해 결정되어야 한다.

Claims (24)

  1. 가압 가스 스트림의 제1 부분을 회수하고, 회수된 제1 부분을 저압으로 엔트로피적으로 팽창시켜 제1 부분을 냉각시키고 적어도 부분 액화시키는 단계(a),
    가압 가스 스트림의 제2 부분을 팽창된 제1 부분과 간접 열 교환시킴으로써 냉각시키는 단계(b),
    가압 가스 스트림(pressurized gas stream)의 제2 부분을 저압으로 팽창시켜 가압 가스 스트림의 제2 부분을 적어도 부분 액화시키는 단계(c) 및
    공정으로부터 액화된 제2 부분을 온도가 -112℃(-170℉) 이상이고 압력이 생성물의 기포점 압력(bubble point pressure) 이상인 가압 생성물 스트림으로서 제거하는 단계(d)를 포함하는, 메탄이 풍부한 가압 가스 스트림의 액화방법.
  2. 제1항에 있어서, 가압 가스 스트림이 11,032kPa(1,600psia) 이상의 압력을 갖는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 제1 부분에 의한 제2 부분의 냉각이 하나 이상의 열 교환기내에서 수행되는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 단계(a) 전에, 가압 가스 스트림의 일부분을 회수하고, 회수된 부분을 저압으로 엔트로피적으로 팽창시켜 냉각시키고, 가압 가스 스트림의나머지 부분을 팽창된 부분과 간접 열 교환시킴으로써 냉각시키는 추가의 단계를 추가로 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 제1항의 단계(a) 전에, 가압 가스 스트림의 회수 및 팽창 단계가 2개의 분리된 연속 단계로 반복되는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 제2 부분을 간접 냉각시키는 제1 단계가 제1 열 교환기내에서 수행되며, 제2 부분을 간접 냉각시키는 제2 단계가 제2 열 교환기내에서 수행되는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 팽창된 제1 부분이 제2 부분을 냉각시킨 후, 팽창된 제1 부분을 압축시키고, 냉각시킨 다음, 압축된 제1 부분을 단계(b) 전의 당해 방법의 한 지점에서 가압 가스 스트림과 혼합함으로써 재순환시키는 추가의 단계를 추가로 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 단계(c)의 팽창된 제2 부분을 상 분리기에 통과시켜 증기상 및 액상[여기서, 액상은 단계(d)의 생성물 스트림이다]을 제조하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 팽창된 제1 부분의 압력이 1,380kPa(200psia)을 초과하는방법.
  10. 제1항에 있어서, 제2 부분과의 간접 열 교환에 의해 팽창된 제1 부분이 냉각됨에 따라, 팽창된 제1 부분의 가온 곡선과 제2 부분의 냉각 곡선이 사실상 조화(matching)되도록 하는 팽창된 제1 부분의 압력을 조절하는 추가 단계를 추가로 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 가압 가스의 거의 모든 냉각 및 액화가 가압 가스의 2개 이상의 일 팽창(work expansion)에 의해 수행되는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 단계(a) 전에, 폐쇄-루프(closed-loop) 냉각 시스템에 의하여 가압 가스 스트림을 예비냉각(pre-cooling)시키는 추가의 단계를 추가로 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 냉매가 프로판인 방법.
  14. 가압 가스 스트림의 제1 부분을 회수하고, 회수된 제1 부분을 저압으로 팽창시켜 회수된 제1 부분을 냉각시키는 단계(a),
    가압 가스 스트림의 제2 부분을 제1 열 교환기내에서, 팽창된 제1 부분과 간접 열 교환시킴으로써 냉각시키는 단계(b),
    제2 부분으로부터 제3 부분을 회수하여 가압 가스 스트림의 제4 부분을 남기고, 회수된 제3 부분을 저압으로 팽창시켜 회수된 제3 부분을 냉각시키고, 적어도 부분 액화시키는 단계(c),
    가압 가스 스트림의 제4 부분을 제2 열 교환기내에서 적어도 부분 액화된 제3 부분과 간접 열 교환시킴으로써 냉각시키는 단계(d),
    단계(d)의 제4 부분을 제3 열 교환기내에서 추가로 냉각시키는 단계(e),
    제4 부분을 저압으로 압축 팽창시켜 가압 가스 스트림의 제4 부분을 적어도 부분 액화시키는 단계(f),
    단계(f)의 팽창된 제4 부분을 상 분리기에 통과시켜 단계(f)의 팽창에 의해 제조된 증기를 당해 팽창에 의해 제조된 액체로부터 분리시키는 단계(g),
    상 분리기로부터 증기를 제거하고, 당해 증기를 제3 열 교환기, 제2 열 교환기 및 제1 열 교환기에 연속적으로 통과시키는 단계(h),
    제1 열 교환기를 빠져나오는 증기를 압축 및 냉각시키고, 압축 냉각된 증기를 재순환시키기 위해 가압 스트림으로 반송하는 단계(i) 및
    액화된 제4 부분을 상 분리기로부터 온도가 -112℃(-170℉) 이상이고 압력이 이의 기포점 압력 이상인 가압 생성물 스트림으로서 제거하는 단계(j)를 포함하는, 메탄이 풍부한 가스 스트림의 액화방법.
  15. 제14항에 있어서, 증기 스트림을 제3 열 교환기에 통과시키기 전에, 상 분리기로부터 제거된 증기 스트림에 보일-오프 증기(boil-off vapor)를 도입하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 팽창된 제1 부분이 제2 부분을 냉각시킨 후, 팽창된 제1 부분을 압축시키고, 냉각시킨 다음, 압축된 제1 부분을 단계(b) 전의 당해 방법의 한 지점에서 가압 가스 스트림과 혼합함으로써 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 제3 부분을 제2 열 교환기에 통과시킨 후, 제3 부분을 제1 열 교환기에 통과시킨 다음, 제3 부분을 압축 및 냉각시키고, 압축되고 냉각된 제3 부분을 재순환시키기 위해 가압 가스 스트림에 도입하는 추가의 단계를 추가로 포함하는 방법.
  18. 제14항에 있어서, 가압 가스 스트림이 11,032kPa(1,600psia) 이상의 압력을 갖는 방법.
  19. 가압 가스 스트림으로부터 제1 부분을 회수하고, 회수된 제1 부분을 제1 열 교환기에 통과시켜 제1 부분을 냉각시키는 단계(a),
    가압 가스 스트림으로부터 제2 부분을 회수하여 가압 가스 스트림의 제3 부분을 남기고, 회수된 제2 부분을 저압으로 팽창시켜 회수된 제2 부분을 냉각시키는 단계(b),
    가압 가스 스트림의 제3 부분을 제2 열 교환기내에서, 냉각된 제2 부분과 간접 열 교환시킴으로써 냉각시키는 단계(c),
    냉각된 제3 부분으로부터 제4 부분을 회수하여 가압 가스 스트림의 제5 부분을 남기고, 회수된 제4 부분을 저압으로 팽창시켜 회수된 제4 부분을 냉각시키고, 적어도 부분 액화시키는 단계(d),
    가압 가스 스트림의 제5 부분을 제3 열 교환기내에서, 팽창된 제4 부분과 간접 열 교환시킴으로써 냉각시키는 단계(e),
    냉각된 제1 부분 및 냉각된 제5 부분을 저압으로 압축 팽창시켜 냉각된 제1 부분 및 냉각된 제5 부분을 적어도 부분 액화시키고, 팽창된 제1 부분 및 제5 부분을 상 분리기에 통과시켜 당해 팽창에 의해 제조된 증기를 당해 팽창에 의해 제조된 액체로부터 분리시키는 단계(f),
    상 분리기로부터 증기를 제거하고, 증기를 제1 열 교환기에 통과시켜 회수된 제1 부분을 냉각시키는 단계(g) 및
    상 분리기로부터 액체를 온도가 -112℃(-170℉) 이상이고, 압력이 이의 기포점 압력 이상인 생성물 스트림으로서 제거하는 단계(h)를 포함하는, 메탄이 풍부한 가압 가스 스트림의 액화방법.
  20. 가압 가스 스트림으로부터 제1 부분을 회수하고, 회수된 제1 부분을 제1 열 교환기에 통과시켜 제1 부분을 냉각시키는 단계(a),
    가압 가스 스트림으로부터 제2 부분을 회수하여 가압 가스 스트림의 제3 부분을 남기고, 회수된 제2 부분을 저압으로 팽창시켜 분리된 제2 부분을 냉각시키는 단계(b),
    가압 가스 스트림의 제3 부분을 제2 열 교환기내에서, 냉각된 제2 부분과 간접 열 교환시킴으로써 냉각시키는 단계(c),
    냉각된 제3 부분으로부터 제4 부분을 회수하여 가압 가스 스트림의 제5 부분을 남기고, 회수된 제4 부분을 저압으로 팽창시켜 회수된 제4 부분을 냉각시키고, 적어도 부분 액화시키는 단계(d),
    가압 가스 스트림의 제5 부분을 제3 열 교환기내에서, 팽창된 제4 부분과 간접 열 교환시킴으로써 냉각시키는 단계(e),
    냉각된 제1 부분과 냉각된 제5 부분을 혼합하여 혼합 스트림을 형성시키는 단계(f),
    혼합 스트림을 저압으로 팽창시켜 혼합 스트림을 적어도 부분 액화시키고, 팽창된 혼합 스트림을 상 분리기에 통과시켜 팽창에 의해 생성된 증기를 팽창에 의해 생성된 액체로부터 분리시키는 단계(g),
    상 분리기로부터 증기를 제거하고, 증기를 제1 열 교환기에 통과시켜 회수된 제1 부분을 냉각시키는 단계(h) 및
    상 분리기로부터 액체를 온도가 -112℃(-170℉) 이상이고, 압력이 이의 기포점 압력 이상인 생성물 스트림으로서 제거하는 단계(i)를 포함하는, 메탄이 풍부한 가압 가스 스트림의 액화방법.
  21. 제20항에 있어서, 팽창된 제2 부분이 제2 열 교환기내에서 제3 부분을 냉각시킨 후에, 제2 부분을 압축 및 냉각시킨 다음, 제2 부분을 재순환시키기 위해 가압 가스 스트림에 도입하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  22. 제20항에 있어서, 팽창된 제4 부분이 제3 열 교환기내에서 제5 부분을 냉각시킨 후, 제4 부분을 제2 열 교환기에 제5 부분을 통과시키고, 제4 부분을 압축 및 냉각시킨 다음, 제4 부분을 재순환시키기 위해 가압 가스 스트림에 도입하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  23. 제20항에 있어서, 증기 스트림을 제1 열 교환기에 통과시키기 전에, 보일-오프 증기를 상 분리기로부터 회수된 증기 스트림에 도입하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  24. 제20항에 있어서, 가압 가스 스트림이 13,790kPa(2,000psia) 이상의 압력을 갖는 방법.
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