KR20040015294A - 메탄 풍부한 가압 액체 혼합물로부터 에탄 및 중질탄화수소를 회수하는 방법 - Google Patents

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엑손모빌 업스트림 리서치 캄파니
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Abstract

본 발명(도 1)은 C1및 C2+를 함유하는 가압 액체 혼합물로부터 C2+성분을 회수하는 흡수 공정에 관한 것이다. 가압 액체 혼합물은 열 전달 장치(112)에서 액체 혼합물을 가열하여 적어도 부분적으로 증기화시킨다. 열 전달 장치(112)는 흡수 영역에서 증기화된 혼합물의 처리시 사용되는 흡수 매질에 냉각을 제공한다. 증기화된 혼합물은 C1이 풍부한 제1 스트림 및 C2+성분이 풍부한 제2 스트림을 생성하는 흡수 영역을 통과시킨다. 가압 액체 혼합물은 바람직하게는 초기 압력이 약 1,724 kPa(250 psia) 이상이고, 초기 온도는 -112 ℃(-170 ℉) 이상인 가압 액체 천연 가스(PLNG)이다. 증기화시키기 전에, 가압 액체 혼합물은 바람직하게는 대략 흡수 영역의 원하는 작동 압력으로 압력을 증가시킨다.

Description

메탄 풍부한 가압 액체 혼합물로부터 에탄 및 중질 탄화수소를 회수하는 방법{Process for recovering ethane and heavier hydrocarbons from a methane-rich pressurized liquid mixture}
이의 깨끗한 연소 특성 및 편리함으로 인하여, 천연 가스는 최근에 광범위하게 사용되어 오고 있다. 많은 천연 가스 공급원이 가스 시장과는 거리가 상당히 먼 지역에 위치한다. 종종, 수송관로가 시판중인 시장으로 생산된 천연 가스를 운반하는데 이용된다. 수송관로 운반이 가능하지 않다면, 생산된 천연 가스는 종종 시장으로 운반하기 위하여 액화 천연 가스(이는 "LNG"라 불림)로 가공한다.
LNG를 제조하기 위한 공급원 가스는 통상 조질의 유정(결합 가스) 또는 천연 가스정(비결합 가스)으로부터 수득된다. 결합 가스는 조질의 오일에서 유리 가스로서 또는 액체중 가스로서 발생된다. 천연 가스 조성은 각 지역마다 광범위하게 변할 수 있지만, 통상의 가스는 주성분으로서 메탄(C1)을 함유한다. 천연 가스 스트림은 또한 통상 에탄(C2), 보다 고급인 탄화수소(C3+) 및 소량의 오염물(예: 이산화탄소(CO2), 황화수소, 질소, 오물, 황화철, 왁스 및 조질의 오일)을 함유할 수 있다. 오염물의 용해도는 온도, 압력 및 조성에 따라 변한다. 저온에서, CO2, 물, 다른 오염물 및 특정의 고분자 탄화수소는 고체를 형성할 수 있고, 이는 잠재적으로 저온 장치에서 유동 경로를 막을 수 있다. 이들 잠재적인 어려움은 이러한 오염물 및 중탄화수소를 제거함으로써 피할 수 있다.
먼 거리에 있는 가스를 운반하기 위해 통상 사용되는 공정은 천연 가스 공급물을 이의 성분들로 분리한 다음, 액화 천연 가스("LNG") 및 천연 가스 액체("NGL")를 생성하기 위하여 압력하에 이들을 냉각시킴으로써 오로지 특정한 이들 성분들로 액화시킨다. 두 공정은 천연 가스 공급 스트림의 단지 일부만을 액화시키며, 가스의 많은 유용한 나머지 성분들은 상당한 비용을 들여 따로 취급해야 하거나, 먼 지역에 있는 다른 곳으로 분배해야 한다.
통상의 LNG 공정에서, 천연 가스중 프로판이 아닌 중질인 거의 모든 탄화수소 성분(일부 부탄이 잔류할 수도 있음), 가스중 모든 "응축물"(예: 펜탄 및 보다 고분자량인 탄화수소) 및 가스중 필수적으로 모든 고체 형성 성분(예: CO2및 H2S)은 나머지 성분들(예: 메탄, 에탄 및 프로판)을 약 -160 ℃의 저온으로 냉각시키기 전에 제거한다. 이들 온도에 이르기 위해 필요한 장치 및 압축기 마력이 상당하므로, LNG 시스템을 생산 또는 원거리에 세워서 작동시키는데 비용이 많이 들게 된다.
NGL 공정에서, 프로판 및 중질 탄화수소는 천연 가스 공급 스트림으로부터 추출하여 저온(약 -70 ℃ 이상)으로 냉각시키면서, 냉각된 성분은 저장시 약 100 kPa 이상의 압력으로 유지한다. NGL 공정의 한 예가 미국 특허 제5,325,673호에 기술되어 있으며, 여기에서 천연 가스 스트림은 스크럽 칼럼에서 미리 처리하여 유리 가능한(결정화 가능한) C5+성분을 제거한다. 통상의 LNG는 약 -160 ℃의 온도에서 저장하는 반면에 NGL은 -40 ℃ 이상에서 유지되므로, NGL을 운반하는데 사용되는 저장 설비가 실질적으로 상이함으로써, 분리된 LNG 및 NGL용 저장 설비를 요하게 되어, 전반적인 운반 비용에 추가될 수 있다.
-112 ℃ 이상(-170 ℉)의 온도 및 액체가 이의 거품점 이하에서 존재하기에 충분한 압력에서 천연 가스를 운반하는 것이 또한 제안되어 오고 있다. 이러한 가압 액체 천연 가스를 LNG와 구별하여 "PLNG"로 언급하며, 이는 근대기압 및 약 -162 ℃(-260 ℉)의 온도에서 운반된다. PLNG를 제조하는 공정의 예가 미합중국 특허 제5,950,453호(R.R. Bowen 등), 미국 특허 제5,956,971호(E.T. Cole 등), 미국 특허 제6,016,665호(E.T. Cole 등) 및 미국 특허 제6,023,942호(E.R. Thomas 등)에 기술되어 있다. PLNG가 통상 저분자량 탄화수소 및 다른 물질의 혼합물을 함유하기 때문에, PLNG의 정확한 거품점이 이의 조성의 함수이다. 대부분의 천연 가스 조성물에서, -112 ℃ 이상의 온도에서 천연 가스의 거품점 압력은 약 1,380kPa(200 psia) 이상이다. 보다 고온에서 PLNG를 생산 및 선적하는 잇점중 하나는 PLNG가 대부분의 LNG 적용시 이겨낼 수 있는 것보다 상당히 더 많은 C2+성분을 함유한다는 것이다.
에탄, 프로판, 부탄 및 고급 탄화수소에 대한 시장의 가격에 따라, PLNG와 함께 중질 생성물을 운반하고, 이들을 별도의 제품으로 판매하는데 경제적으로 바람직할 수 있다. PLNG를 성분 생성물로 분리하는 것은 바람직하게는 PLNG를 원하는 수입 위치로 운반한 경우에 수행한다. PLNG로부터 C2+성분들을 분리하는 효율적인 공정에 대한 필요성이 존재한다.
발명의 요약
본 발명은 C1및 C2+성분을 포함하는 가압 액체 혼합물로부터 C2+성분을 회수하는 흡수 공정이다. 가압 액체 혼합물은 열전달 장치에서 액체 혼합물을 가열함으로써 적어도 부분적으로 증기화시킨다. 열전달 장치는 흡수 영역에서 증기화된 혼합물을 처리하는데 사용되는 흡수 매질에 냉각을 제공한다. 증기화된 혼합물은 C1이 풍분한 제1 스트림 및 C2+성분이 풍부한 제2 스트림을 생성하는 흡수 영역으로 통과시킨다. 가압 액체 혼합물은 바람직하게는 초기 압력이 약 1,724 kPa(250 psia) 이상이고, 초기 온도가 -112 ℃(-170 ℉) 이상인 가압 액체 천연 가스(PLNG)이다. 증기화시키기 전에, 가압 액체 혼합물은 바람직하게는 대략 흡수 영역의 원하는 작동 압력으로 압력을 증가시킨다.
본 발명 및 이의 잇점은 하기의 상세한 설명 및 첨부되는 도면을 참조로 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 메탄 및 중질 탄화수소를 포함하는 가압 액화 가스 혼합물로부터 에탄 및 중질 탄화수소를 회수하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 PLNG로부터 에탄 및 중질 성분을 제거하기 위한 분리 공정의 한 양태의 도식적인 흐름도이다.
도 2는 PLNG로부터 에탄 및 중질 성분을 제거하기 위한 분리 공정에서 사용되는 빈 오일(lean oil)의 가열을 사용하는 PLNG를 증기화시키기 위한 간접 열교환 장치의 제1 양태의 도식적인 흐름도이다.
도 3은 PLNG로부터 에탄 및 중질 성분을 제거하기 위한 분리 공정에서 사용되는 빈 오일의 가열을 사용하는 PLNG를 증기화시키기 위한 간접 열교환 장치의 제2 양태의 도식적인 흐름도이다.
도면은 본 발명의 방법을 수행하는 특정 양태를 나타낸다. 도면은 특정 양태의 통상적이고 예상되는 변형의 결과인 본 발명의 다른 양태의 범위로부터 제외시키고자 하지 않는다. 펌프, 밸브, 유동 스트림 혼합기, 조절 시스템 및 유체 레벨 센서와 같은 필요한 시스템중 대부분은 표현의 단순성 및 명확성을 위해 도면으로부터 제외시켰다.
하기의 기술은 읽은 사람이 본 발명을 이해하는 것을 돕도록 정의된 공업에서 종종 사용되는 몇몇 용어을 사용한다.
"빈 오일(lean oil)"은 메탄보다 무거운 다성분 가스중 하나 이상, 바람직하게는 C2+탄화수소를 흡수하기 위하여 메탄 및 C2+탄화수소를 함유하는 증기화된 다성분 가스와 접촉시 흡수 매질로서 사용되어 순환되는 탄화수소 액체이다. 빈 오일의 조성은 흡수가 일어나는 온도 및 압력과, 다성분 가스의 조성에 따라 변할 수 있다. 오일은 분리 공정에 충전되고/되거나, 가스로부터 흡수된 가장 무거운 성분으로부터 축적될 수 있다.
"부 오일(rich oil)"은 풍부함의 정도가 존재하므로 상대적인 용어이지만, 이는 다성분 가스와 접촉되어, 그 내부에 C2+를 흡수한 후에 빈 오일이 된다. 부 오일은 통상 분별화에 의해 흡수된 성분을 배출하고, 재순환되는 빈 오일이 다시 된다.
"천연 가스"는 PLNG의 제조시 사용되는 가스를 의미하며, 이는 조질의 유정(결합 가스) 및/또는 천연 가스 정(비결합 가스)으로부터 수득되는 가스일 수 있다. 결합 가스는 조질의 오일중 유리 가스로서 또는 액체중 가스로서 생성된다. 천연 가스의 조성은 지역에 따라 광범위하게 변하지만, 통상의 가스는 주성분으로서 메탄(C1)을 함유한다. 천연 가스 스트림은 또한 통상 에탄(C2), 보다 고급인 탄화수소(C3+) 및 소량의 오염물(예: 이산화탄소(CO2), 황화수소, 질소, 오물, 황화철, 왁스 및 조질의 오일)을 함유할 수 있다. 오염물의 용해도는 온도, 압력 및 조성에 따라 변한다. 천연 가스 스트림이 액화 도중 동결될 수 있는 중탄화수소를 함유하거나, 중탄화수소가 천연 가스 액체(NGL)로서의 조성적 사양 또는 이들의 가치로 인하여 PLNG에서 바람직하지 않은 경우에, 중탄화수소는 통상 천연 가스를 PLNG로 액화시키기 전에 분별화 공정에 의해 제거한다.
도 1을 참조해 보면, 도식은 본 발명의 공정을 수행하는 한 양태를 도시하고 있다. 바람직하게는 250 psia(1723 kPa) 이상의 온도에서 PLNG는 라인(10)을 통해 분리 공정으로 도입되고, 바람직하게는 펌프(110)에 의해 압력을 증가시킨다. 가압 액체는 바람직하게는 예비 가열기(111)를 통해 통과시키며, 여기에서 PLNG는 공기, 해수 또는 글리콜-물 혼합물과 같은 환경적 스트림을 포함하는, 다양한 물질에 대해 예비 가열할 수 있다. PLNG 스트림은 바람직하게는 흡수기(116)에 원하는 공급 가스 온도를 수득하기 위한 수단으로서 예비 가열기(111)에 의해 예비 가열한다. 예비 가열기(111)는 임의적이지만, 분리 공정에 사용되는 빈 오일의 조성에 따라, 예비 가열기(111)는 열 교환 장치(112)에서 PLNG에 의해 냉각되는 빈 오일에 존재하는 경우에, 특정의 보다 무거운 빈 오일 성분으로부터의 동결건조에 대한 잠재력 감소를 도울 수 있다. 흡수기(116)기 도입되는 PLNG의 바람직한 온도는 공정 형태, PLNG 조성 및 분리 공정에 사용되는 빈 오일 조성에 따라 좌우된다. PLNG 스트림(12)의 적어도 일부는 PLNG의 적어도 일부를 증기화시키기 위해 열교환 장치(112)를 통과시켜 가열한다. 열 교환 장치(112)가 도 1에 제시된 형태로 사용되는 평평한 핀 교환기인 경우에, PLNG 스트림(12)은 바람직하게는 교환기의 열적 응력 한계에 부합되도록 분리된다. 열 교환 장치(112)가 이후에 보다 상세히 기술될 도 2에 제시된 간접 가열 형태로 사용되는 평평한 핀 교환기인 경우에, PLNG 스트림은 모두 열 교환 장치(112)를 통해 통과시킬 수 있다. 공정에 사용되는 간접 열 교환 매질(예: 에탄)의 열역학적 특성은 열 교환 장치(112)에서 잠재적으로 허용되지 않는 높은 열적 응력을 방지할 수 있다. 도 3에서, u 형 튜브 열 교환 시스템(300)도 또한 열 교환기가 잠재적으로 파괴적인 열적 응력으로부터 보호될 수 있는 간접 열 교환 매질을 사용한다. 열 교환 장치(112)에서 PLNG의 가열은 본 명세서에서 이후에 상세히 기술되는 바와 같은 분리 공정에 사용되는 빈 오일 스트림(100)을 냉각시킨다. 그 다음에, 적어도 부분적으로 증기화된 스트림은 액체-증기 분리기(114)로 통과시킨다. 증기 스트림(16) 및 액체 스트림(17)은, 경우에 따라, 분리기(114)로부터 흡수기(116)로 통과시킨다. 또한, 이의 상부 말단으로 도입되는 흡수기(116)는 본 명세서에서 "빈 오일"로 언급되는 빈 흡수기 액체 스트림(52)이다. 흡수기(116)에서, 증기 스트림(16)은 흡수기(116)의 상부로 상승되어, 버블-캡, 트레이 또는 유사한 분리 장치에 대해 하부로 유동되는 빈 오일 스트림과 만나게 된다. 흡수기(116)는 흡수기(116)로 도입되는 증기 스트림(16)으로부터 빈 오일이 C2+성분을 제거(흡수)할 수 있도록 하는 상태로 작동시킨다. 풍부한 빈 오일 및 축합 탄화수소 액체(스트림 17)는 흡수기(116)의 바닥에서 혼합한 다음, 기본 부 오일 메탄 제거기(120)("PROD") 또는 부 오일 메탄 제거기(124)("ROD")로 보낸다. 도 1에 제시된 분리 공정이 두 개의 메탄 제거 칼럼 (120 및 124)를 나타내고 있지만, 본 발명은 두 메탄 제거기로 한정되지 않는다. 예를 들면, PROD는 흡수기(116)의 바닥에서 풍부한 빈 오일중 메탄 부분을 제거하도록 재가열기(도시되지 않음)가 빈 오일 흡수기(116)의 바닥에서 사용되는 경우에(종종, "재비등 흡수기"로 언급됨) 생략될 수 있다. 메탄 풍부한 스트림(18)은 흡수기(116)로부터 생성물 스트림으로서 회수하는 반면에, C2+함유 부 오일은 흡수기(116)의 바닥으로부터 스트림(20)으로 회수한다. 스트림(20)은 펌프(118)에 의해 압력을 증가시키고, 기본 부 오일 메탄 제거기(120)로 통과시킨다. 메탄 제거기(120)는 메탄 풍부한 상부 헤드 증기 스트림(26)을 생성하는 조건하에 작동시키며, 이는 분리기(114)로 도입시키기 전에 증기 스트림(12)과 혼합하여 재순환시킨다. 기본 부 오일 메탄 제거기(120)의 하부 말단에서 부 오일중 일부는 회수하고, 빈 오일 스트림(100)에 대해 열 교환기(119)에서 가열한다. 기본 부 오일 메탄 제거기(120)의 바닥으로부터 생성된 부 오일은 압력 제거하여, 터보-익스팬더와 같은 액체 익스팬더(122)에 의해 냉각시키고, 스트림(30)으로서 부 오일 메탄 제거기(124)로 통과시킨다. 재가열기 사이드 스트림(36)은 부 오일 메탄 제거기(124)로부터 회수하고, 부 오일 메탄 제거기(124)의 바닥으로부터 배출되는 액체 스트림(34)과 열 교환기(126)에서 가교 교환한다. 빈 오일 스트림(50)은 부 오일 메탄 제거기(124)의 상부 부분으로 도입시켜 재가열기(도시되지 않음)에 의해 메탄 제거기(124)를 플래시하는 C2+성분을 재흡수하도록 한다. 당해 분야의 숙련가는 기본 부 오일 메탄 제거기(120) 및 부 오일 메탄 제거기(124)가 통상적인 재가열기(이는 단순성을 위하여 도면에 도시하고 있지 않음)를 가짐을 알 수 있을 것이다. 메탄 풍부한 상부 헤드 스트림(32)은 축압기(130)로 통과시켜, 여기에서이는 빈 오일 스트림(42)을 메탄으로 예비 포화시키는데 사용한다. 혼합 스트림(44)은 임의로 통상의 프로판 밀폐-루프 냉각기 등의 특정 냉각 장치(129)를 사용하거나, PLNG 공급 스트림(10)에 대해 간접 냉각시켜 트림 냉각시킬 수 있다. 메탄 풍부한 증기 스트림(46)은 분리 공정에 필요한 전력을 제공하기 위한 연료 공급원과 같은 적절한 용도를 위해 축압기(130)에서 배출시킨다. 또한, 두 개의 빈 오일 스트림(50 및 52)으로 분리하고, 펌프 (132 및 134)에 의해 각각 압력을 증가시키는 액체 빈 오일 스트림(48)을 축압기(130)로부터 배출한다.
부 오일 스트림(34)은 열 교환기(126)를 통해 통과시키고, 액체 익스팬더(140)를 통과시키는데, 여기에서 부 오일을 냉각시켜, 이의 압력을 감소시킨다. 조절기 밸브(138 및 136)는 부 오일 스트림(34)의 유동을 플래시 탱크(150)로 조절하는데 사용된다. 작동적인 이유로, 통상 개방된 위치의 조절기 밸브(136)는 밀폐시키며, 통상 밀폐된 위치의 조절기 밸브(138)는 개방하여 부 오일이 익스팬더(140)로 통과될 수 있도록 할 수 있다. 플래시 탱크(150)는 부 오일을 C2+, 주로 C2 내지 C4 성분이 풍부한 상부 헤드 증기 스트림(62) 및 빈 오일이 풍부한 액체 스트림(64)으로 분리할 수 있도록 하는 조건하에 작동시킨다. 액체 스트림(4)은 열 교환기(152)를 통과시키고, 여기에서 가열한다. 열 교환기(152)로부터 배출된 액체 스트림(72)은 조절기 밸브(153)로 통과시켜, 스틸(156)로 통과시킨다. 플래시 탱크(150)로부터의 상부 헤드 증기 스트림(62)은 조절기 밸브(154)를 통과시켜, 스틸(156)로 도입시킨다. 스틸(156)은 부 오일을 부 오일에 함유된 에탄 및중탄화수소가 풍부한 상부 헤드 증기 스트림(67) 및 빈 오일이 풍부한 액체 기저 스트림(70)으로 분별화한다. 빈 오일 스트림(70)은 펌프(158)에 의해 압력을 증가시키고, 열 교환기(152)를 통과시켜, 여기에서 빈 오일을 액체 스트림(64)에 대해 열 교환에 의해 냉각시킨다. 열 교환기(152)로부터, 빈 오일(스트림 98)은 다시 냉각기(160)에 의해 냉각시킨다. 냉각기(160)로부터 배출되는 스트림(99)은 스트림(94)와 혼합하여, 열 교환기(119)로 통과시켜 재비등하는 순서를 제공한다. 열교환기(119)로부터 배출되는 스트림(100)은 열 교환기(112)로 통과시켜 PLNG 스트림(12)의 적어도 일부를 증기화시키는데 필요한 열을 제공함으로써, 흡수기(116)로의 공급이 흡수 공정을 위해 바람직한 찬 온도에서 이루어질 수 있도록 한다. 이에 따라, 열 교환 장치(112)는 또한 분리 공정시 사용되는 빈 오일에 대한 냉각을 제공한다. 냉각된 빈 오일 스트림(101)의 적어도 일부는 스트림(32)과 혼합되어 축압기(130)로 통과됨으로써 재순환된다. 스트림(101)의 일부는 바람직하게는 스트림(86)으로서 스트림(101)로부터 회수하여, 열 교환기(162)로 통과시키고, 여기에서 스틸(156)로부터 배출되는 증기 스트림(67)을 위한 냉각을 제공한다. 열 교환기(162)로부터 배출되는 빈 오일 스트림(92)은 냉각기(164)에 의해 냉각시켜, 펌프(166)에 의해 대략 스트림(99)와 동일한 압력으로 압력을 증가시킨다. 빈 오일 보충 스트림(97)은 빈 오일을 작동 도중 불가피하게 손실되는 분리 공정으로 도입시킬 수 있는데, 이는 분리 공정에 의해 생성되는 메탄 풍부한 스트림(18) 및 C2+생성물 스트림(80)이 소량의 빈 오일을 함유하기 때문이다.
상부 헤드 증기 스트림(67)은 열 교환기(162)에서 냉각시켜 축압기(168)로 통과시킨다. C2+탄화수소가 풍부한 증기 스트림(80)은 축압기(168)의 상부로부터 생성물 스트림(80)으로 제거하고, 액체 스트림(78)은 축압기로부터 제거하며, 펌프(170)에 의해 압력을 증가시키고, 이의 일부는 스트림(82)로서 재순환시켜, 조절 밸브(172)를 통해 통과시키고, 증류 칼럼(156)의 상부로 반송한다. 액체 스트림(78)의 일부는 액체 석유 가스(LPG) 생성물 스트림(79)으로서 공정으로부터 제거할 수 있다.
빈 오일 조성물은 당해 분야의 숙련가에 의해 PLNG 열 교환 장치(112)에서 잠재적으로 동결될 수 있는 성분을 제거하기 위하여 용이하게 시도될 수 있다. 또한, 가압된 PLNG 스트림(12)의 온도는 변형된 개방 랙 증기화기를 사용하여 조절함으로써 빈 오일 성분으로부터 동결되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 간접 가열/냉각 시스템은 간접 열 교환 시스템을 사용하는 공정에서 빈 오일 성분의 동결을 제거하기 위해 사용될 수 있으며, 이의 비제한적 예는 도 2 및 3에 제시되어 있다.
도 2는 메탄으로부터 C2+를 흡수하는 분리 공정에 사용되는 빈 오일의 가열을 사용하여 PLNG 스트림(11)을 증기화시키는 열 교환 시스템의 다른 양태의 도식적인 흐름도를 나타낸 것이다. 도 2의 열 교환 시스템(20)은 도 1의 열 교환 장치(112)를 대체할 수 있다. 도 2를 참조해 보면, PLNG 시스템(11)은 열 교환기(201)를 통과시켜, 여기에서 PLNG를 열 교환기 (201)과 열 교환기 (202) 사이에서 순환하는 밀폐된 루프 열 교환 매질에 의해 가열한다. 열 교환 매질(스트림 200)은 열 교환기(201)를 통과시켜 냉각시키고, 스트림(210)으로서 축압기(211)로 통과시킨다. 액체 열 교환 매질은 축압기(211)의 바닥으로부터 회수하여, 제2 축압기(212)로 통과시킨다. 액체 열 교환 매질을 축압기(212)로부터 회수하여, 열 교환기(202)로 통과시키고, 여기에서 열 교환 매질은 열 교환기(202)를 통과할 때 빈 오일(100)을 냉각시킨다. 열 교환기(202)로부터 배출되는 따뜻한 열 교환 매질은 다시 축압기(212)로 통과시켜, 축압기(212)로부터의 증기 상부 헤드를 회수하고, 재냉각 및 응축을 위해 열 교환기(201)를 통해 재순환시킨다. 열 교환기(202)를 통한 냉매의 수직적 이동은 냉매의 증기화 및 후속되는 열 교환기중 유체의 부피 밀도의 감소로 인하여 발생되며, 공정은 종종 "열흡수식(thermosiphoning)"으로 불리운다. 축압기(212)의 냉매 수준은 교환기(202) 바닥으로 냉매 유동을 유지하기 위한 구동력을 제공하며, 교환기중 냉매의 부분적 증기화는 교환기로부터 냉매를 이동시켜 축압기(212)로 다시 보낸다. 증기화되지 않은 액체 냉매는 축압기(212)의 중간 아래로 떨어져서, 냉매 스트림의 증기화된 부분을 축압기(212)의 상부로터, 교환기(201)의 상부로 유동시킨다. 교환기(201)에서, 냉매 증기 스트림(210)은 PLNG 스트림(12)을 냉각시켜 다시 액화시킨다. 재액화된 냉매는 중력에 의해 다시 축압기(211)로 유동한다. 레벨 조절 밸브(213)는 축압기(212)에서 원하는 수준을 유지하는데 필요한 경우 개방시킬 수 있다. 축압기 (211) 및 축압기 (212)를 연결하는액체 라인에서 저수준의 오버라이드 밸브(213)는 축압기(211)의 수준이 바람직하지 못한 수준으로 떨어지는 것을 방지한다. 오버라이드하는 것이 필요하여 밸브(213)를 밀폐시키기 전에, 축압기(211)는 적절한 공급원으로부터냉매를 보충하기 위하여 개방(214)할 수 있다. 축압기(211)의 액체는 축압기(212)로부터 유동하는 냉매 증기를 막아서, 냉매 증기가 응축되는 교환기(201)로 유동하도록 작용한다. 당해 분야의 숙련가는 두 용기(211 및 212) 및 두 개의 열 교환기(201 및 202)의 상대적인 상승이 공정의 적절한 수력을 보장하는데 중요함을 알 수 있을 것이다.
도 2의 열 교환 시스템에 사용될 수 있는 열전달 매질은 바람직하게는 열 교환기(201 및 202)를 통해 순환되는 도중에 액체 형태로 존재하여 감열 및 잠열을 모두 열 전달 매질로 전달할 수 있게 한다. 열전달 매질은 열 교환기(201 및 202)를 통해 순환되는 도중에 생성된 잠열의 전달과 함께, 적어도 부분적인 상 변화를 수행하는데 사용되는 것이 또한 바람직하다.
바람직한 열전달 매질은 상변화를 갖기 위하여, 바람직하게는 PLNG의 비점 이상인 온도에서 액화됨으로써, 열전달 매질이 열 교환기(201)를 통한 통과 도중 응축될 수 있도록 한다. 열전달 매질은 순수한 화합물 또는 열전달 매질이 PLNG의 증기화 온도 범위 이상인 온도 범위에 대해 응축될 수 있는 조성물의 혼합물일 수 있다.
시판중인 냉매가 열 교환기 시스템(200)에서 열전달 매질로서 사용될 수 있지만, 특히 이들은 천연 가스중에 적어도 소량으로 통상 존재하여 용이하게 이용할 수 있으므로, 프로판, 에틸렌, 에탄 및 메탄과 이들의 혼합물을 포함하는, 분자당 탄소수 1 내지 6인 탄화수소가 바람직한 열전달 매질이다.
도 3은 시스템에 사용되는 빈 오일의 가열을 사용하여 PLNG의 적어도 일부를증기화하는 열 교환 시스템의 또 다른 양태의 도식적인 흐름도를 나타낸 것이다. 도 3의 열 교환 시스템(300)은 도 1의 열 교환 장치(112)를 대체할 수 있다. 도 3에서, PLNG 스트림(11)은 통상의 u 형 열 교환기(301)를 통해 통과시킨다. 열전달 매질은 열 교환기 (301) 및 열 교환기 (302) 사이의 밀폐된 루프 사이클에서 순환된다. 증기화된 열전달 매질(화살표 303으로 표시됨)은 열 교환기(301)의 u 형 번들로 도입시킨다. 열전달 매질은 u 형 번들(304)에서 순환되는 PLNG를 가열한다. 열 교환기(301)로부터 배출되는 열전달 매질은 축압기(305)를 통과시킨다. 상부 헤드 증기를 축압기(305)로부터 회수하고, 스트림(307)로서 열 교환기(301)로 재순환시킨다. 액체 열전달 매질은 축압기(305)의 바닥으로부터 회수하여, 케틀 형 열 교환기(302)로 통과시킨다. 열 교환기(302)의 액체 열전달 매질은 빈 오일(100)을 냉각시킴으로써, 열전달 매질을 증기화시킨다. 증기화된 열전달 매질은 스트림(308)로서 재냉각을 위해 열 교환기(301)로 다시 재순환시킨다. 열 교환기 시스템(300)의 열전달 매질은 도 2에 제시된 양태에 대해 앞서 기술한 열 교환기 시스템(200)에서 사용된 것과 동일할 수 있다.
모의 질량 및 에너지 밸런스는 도 1에 기술된 바와 같은 본 발명의 한 양태를 기술하기 위하여 수행하고, 결과는 하기의 표 1 및 표 2로 제시하였다. 표의 데이터는 시판중인 HYSYSTM, 버전 1.5(제조원: Hyprotech Ltd. of Calgary, Canada)라 불리우는 시판중인 공정 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 수득한다. 그러나, 다른 시판중인 공정 시뮬레이션 프로그램이 당해 분야의 숙련가에게 익숙한, HYSIMTM, PROIITM및 ASPEN PLUSTM을 포함한, 데이터를 개발하기 위하여 사용될 수 있다. 표 1 및 2에 제시된 데이터는 본 발명의 보다 나은 이해를 돕도록 제공되지만, 본 발명은 이로써 불필요하게 제한되는 것으로 간주되어서는 안된다. 온도, 압력 및 유량은 본 발명을 제한하는 것으로 여겨져서는 안되며, 이는 본 명세서의 교시에 비추어 온도, 압력 및 유량에 있어서 많은 변화를 가질 수 있다. 당해 분야의 숙련가는 분리 공정에 공급 스트림의 제시된 유량, 온도 및 조성에 대해 흡수기(116), 메탄 제거기(120 및 124), 플래시 탱크(150) 및 스틸(156)을 위한 적절한 작동 조건을 선택할 수 있다.
본 발명의 방법을 수행하는 잇점중 하나는 PLNG 스트림에 고유한 냉각이 PLNG 스트림으로부터 빈 오일 플랜트가 C2+탄화수소(LPG 생성물)를 회수할 수 있도록 통상의 빈 오일 플랜트 디자인(현존하는 플랜트 포함)을 변형함으로써 회수할 수 있다는 것이다. PLNG 스트림으로부터 회수된 냉매는 빈 오일 공정에 사용되어 프로판 냉각기와 같은 외부 냉각 시스템에 대한 필요성을 실질적으로 감소시키고, 잠재적으로 제거할 수 있다. 본 발명의 다른 잇점은 PLNG 스트림의 증기화가 비교적 적은 비용의 펌프 마력을 사용하여 최소한의 압력으로 빈 오일 공정에 의해 성취될 수 있다는 것이다. 따라서, 본 발명의 공정과 관련된 최소한의 재압축 요건이 존재한다.
당해 분야의 숙련가, 특히 본 특허의 교시의 잇점을 갖는 숙련가는 상기 기술한 특정 공정에 대한 많은 변형 및 변환을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 다양한 온도 및 압력이 본 발명에 따라 시스템의 전반적인 디자인 및 액화 천연 가스의 조성, 온도와 압력에 따라 사용될 수 있고, 본 발명의 분리 시스템으로 공급되는 PLNG는 도 1에 도시된 공정에서 기술된 바와 같은 빈 오일 스트림(100)을 냉각시키는 것 이외에, 분리 공정에서 사용되는 다른 유체 스트림에 대한 냉각을 제공할 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 특별히 기술된 양태 및 실시예는 본 발명의 범위를 제한하거나 한정하기 위해 사용되어서는 안되며, 이는 하기의 청구의 범위 및 이들의 등가물에 의해 결정된다.

Claims (10)

  1. 흡수 매질을 냉각시키는 열전달 장치에서 가압 액체 혼합물을 가열함으로써 가압 액체 혼합물의 적어도 일부를 증기화시키는 단계(a) 및
    흡수 영역에서 증기화된 스트림을 흡수 매질로 처리하여 C1이 풍부한 제1 스트림과 C2+성분이 풍부한 제2 스트림을 생성하는 단계(b)를 포함하여, C1및 C2+를 함유하는 가압 액체 혼합물로부터 C2+성분을 회수하는 흡수방법.
  2. 제1항에 있어서, 가압 액체 혼합물이 가압 액체 천연 가스(PLNG)인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 가압 액체 혼합물의 초기 압력이 약 1,724kPa(250psia) 이상이고, 초기 온도가 약 -80 ℃(-112 ℉) 내지 -112 ℃(-170 ℉)인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 흡수 매질이 빈 오일(lean oil)인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 흡수 매질이 처리 단계(b) 이전에 메탄으로 예비 포화되는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 열 교환 관계가, 제1 열 교환기에서는 액체 혼합물과 열 교환 관계가 있는 열전달 매질을 사용하고, 제2 열 교환기에서는 흡수 스트림과 열 교환 관계가 있는 열전달 매질을 사용하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 열 교환 관계가, 액체 혼합물이 흡수 매질과 간접적으로 접촉하는 하나 이상의 열 교환기를 사용하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 열전달 매질과 열 교환 관계가 있는 가압 액체 혼합물을 통과시키기 전에, 액체 혼합물을 공기, 신선한 물 및 해수 중의 하나 이상과의 열 교환 관계에 의해 가열하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 열전달 매질과 열 교환 관계가 있는 가압 액체 혼합물을 통과시키기 전에, 액체 혼합물을 공기, 신선한 물 및 해수 중의 하나 이상과의 열 교환 관계에 의해 다시 가열하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  10. 액체 혼합물을 적어도 부분적으로 증기화시키기 위하여 가압 액체 혼합물을 가열함으로써 증기 스트림을 생성하는 단계(a),
    증기 스트림을 증기 스트림으로부터 C2+성분을 우선적으로 흡수하는 흡수성 매질과 접촉시키는 단계(b),
    C2+가 거의 고갈된 C1-풍부한 스트림을 회수하는 단계(c),
    C2+를 함유하는 흡수 매질로부터 추출된 C2+성분을 분리하는 단계(d),
    가압 액체 혼합물에 대한 열 교환 관계에 의해 흡수 매질의 적어도 일부를 냉각시킴으로써, 액체 혼합물을 적어도 부분적으로 증기화시키기 위한 열을 제공하는 단계(e) 및
    부가량의 C2+성분을 흡수하기 위하여 냉각된 흡수 매질을 재순환시키는 단계(f)를 포함하여, C1및 C2+를 함유하는 가압 액체 혼합물로부터 C2+성분을 분리하는 방법.
KR10-2003-7016936A 2001-06-29 2002-06-20 메탄 풍부한 가압 액체 혼합물로부터 에탄 및 중질탄화수소를 회수하는 방법 KR20040015294A (ko)

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