KR20040018265A - Natural gas liquefaction - Google Patents
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- F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
- F25J2235/60—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being (a mixture of) hydrocarbons
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- F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
- F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
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- F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
- F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
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- F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream
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Abstract
메탄(41)보다 우세한 중질의 탄화수소를 함유하는 액체 스트림을 생산하기 위해 결합된 천연 가스(50) 액화 처리가 개시되어 있다. 이 처리에서, 액화되는 천연 가스 스트림(31)은 부분적으로 냉각되며, 중간 압력(14, 15)으로 팽창되어, 증류 기둥(19)에 공급된다. 이 증류 기둥으로부터 저부 제품(41)은 액화 천연 가스(50)의 순도를 감소시킬 수 있는 메탄보다 중질의 어떠한 탄화수소를 선택적으로 다수 함유한다. 증류 기둥(19)으로부터의 잔류 가스 스트림(37)은 높은 중간 압력으로 팽창되며(16), 압력(60) 하에 냉각되어 스트림을 응축하며, 이후 낮은 압력으로 팽창되어(61) 액화 천연 가스 스트림을 형성한다.A combined natural gas 50 liquefaction process is disclosed to produce a liquid stream containing heavy hydrocarbons that is superior to methane 41. In this process, the liquefied natural gas stream 31 is partially cooled, expanded to intermediate pressures 14 and 15 and supplied to the distillation column 19. The bottom product 41 from this distillation column optionally contains a large number of any hydrocarbons heavier than methane, which can reduce the purity of the liquefied natural gas 50. Residual gas stream 37 from distillation column 19 is expanded to a high medium pressure (16), cooled under pressure (60) to condense the stream, and then expanded to low pressure (61) to liquefy the natural gas stream. Form.
Description
천연 가스는 일반적으로 지하 저류층(reservoir) 내로 시추된 가스정(well)으로부터 회수된다. 천연 가스는 통상 메탄이 대부분을 차지하며, 즉 메탄이 적어도 천연 가스의 50 몰 퍼센트(mol %)를 포함한다. 특정한 지하 저류층에 따라, 천연 가스는 또한 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄 등과 같은 비교적 적은 양의 중질 탄화수소(heavier hydrocarbon) 뿐만 아니라 물, 수소, 질소, 이산화탄소 및 다른 가스 등을 함유한다.Natural gas is generally recovered from gas wells that have been drilled into the underground reservoir. Natural gas is usually dominated by methane, ie methane contains at least 50 mole percent (mol%) of natural gas. Depending on the particular underground reservoir, natural gas also contains relatively small amounts of heavier hydrocarbons such as ethane, propane, butane, pentane and the like, as well as water, hydrogen, nitrogen, carbon dioxide and other gases.
대부분의 천연 가스는 기체 형태로 취급된다. 가스정두(wellhead)로부터 가스 처리 플랜트를 거쳐 천연가스 소비자에게 천연가스를 수송하기 위한 가장 보편적인 수단은 고압 가스 전송 파이프라인이다. 그러나, 여러 가지 상황하에, 수송 또는 사용을 위해 천연 가스를 액화시키는 것이 필수적 및/또는 바람직한 것으로 알려져 있다. 예컨대, 원거리에서는, 종종 천연 가스 매매시장으로 편리하게 수송될 수 있게 하는 파이프라인 기반시설이 존재하지 않는다. 이러한 경우에, 기체상태의 천연 가스에 관련된 매우 낮은 비용적의 LNG가 해상 선적 및 운송 트럭을 사용하여 LNG를 배급할 수 있으므로 수송 비용을 크게 감소시킬 수 있다.Most natural gas is treated in gaseous form. The most common means for transporting natural gas from gas wellheads to gas processing plants to natural gas consumers is the high pressure gas delivery pipeline. However, under various circumstances it is known to liquefy natural gas for transportation or use. For example, at a distance, there is often no pipeline infrastructure that allows for convenient transportation to the natural gas trading market. In this case, very low cost LNG related to gaseous natural gas can be used to distribute LNG using offshore shipping and transport trucks, thereby significantly reducing transportation costs.
천연 가스의 액화가 바람직한 다른 상황은 차량용 연료로서 천연 가스가 사용되는 경우이다. 대도시 지역에서는, LNG의 실용적인 원천이 사용 가능하다면 매우 많은 버스, 택시, 트럭 등이 LNG에 의해 동력을 공급받을 수 있다. 이러한 LNG 를 연료로 사용하는 차량은 고분자량의 탄화수소를 연소하는 가솔린 및 디젤 엔진에 의해 동력을 공급받는 유사한 차량에 비해 천연 가스의 청정한 연소 특성에 기인하여 공기의 오염이 상당히 작게 발생된다. LNG가 고순도라면(즉, 메탄의 순도가 95 몰% 이상이라면), 다른 모든 탄화수소 연료에 비해 메탄에 대한 탄소와 수소의 비율이 낮기 때문에, 이산화탄소(온실가스)량이 매우 적게 발생된다.Another situation where liquefaction of natural gas is desirable is when natural gas is used as a vehicle fuel. In large metropolitan areas, a large number of buses, taxis, trucks, etc., can be powered by LNG if a practical source of LNG is available. Vehicles that use LNG as fuel generate significantly less air pollution due to the clean combustion characteristics of natural gas compared to similar vehicles powered by gasoline and diesel engines that burn high molecular weight hydrocarbons. If LNG is of high purity (i.e. methane purity of 95 mol% or more), the carbon and hydrogen to methane is lower than all other hydrocarbon fuels, resulting in very low carbon dioxide (greenhouse gas) emissions.
본 발명은 고순도의 메탄과 메탄보다 우세한 중질 탄화수소를 함유하는 액체 스트림을 갖는 액화 천연 가스(LNG)를 생산하기 위해 천연 가스 또는 다른 메탄 농후 가스 스트림을 처리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for treating natural gas or other methane rich gas streams to produce liquefied natural gas (LNG) having a liquid stream containing high purity methane and heavy hydrocarbons predominant over methane.
도 1은 본 발명에 따라 NGL을 공동 생산하도록 한 천연 가스 액화 플랜트의 흐름도이다.1 is a flow chart of a natural gas liquefaction plant adapted to co-produce NGLs in accordance with the present invention.
도 2는 종래 기술의 처리에 관해서 본 발명의 이점을 도시하기 위해 사용된 메탄의 압력-엔탈피 상태도이다.2 is a pressure-enthalpy state diagram of methane used to illustrate the advantages of the present invention with respect to prior art treatments.
도 3은 본 발명에 따라 NGL을 공동 생산하도록 한 선택적인 천연 가스 액화 플랜트의 흐름도이다.3 is a flow chart of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce NGLs in accordance with the present invention.
도 4는 본 발명에 따라 LPG를 공동 생산하도록 한 선택적인 천연 가스 액화 플랜트의 흐름도이다.4 is a flow chart of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce LPG in accordance with the present invention.
도 5은 본 발명에 따라 콘덴세이트를 공동 생산하도록 한 선택적인 천연 가스 액화 플랜트의 흐름도이다.5 is a flow chart of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce condensate in accordance with the present invention.
도 6은 본 발명에 따라 액체 스트림을 공동 생산하도록 한 선택적인 천연 가스 액화 플랜트의 흐름도이다.6 is a flow chart of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce a liquid stream in accordance with the present invention.
도 7은 본 발명에 따라 액체 스트림을 공동 생산하도록 한 선택적인 천연 가스 액화 플랜트의 흐름도이다.7 is a flow chart of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce a liquid stream in accordance with the present invention.
도 8은 본 발명에 따라 액체 스트림을 공동 생산하도록 한 선택적인 천연 가스 액화 플랜트의 흐름도이다.8 is a flow chart of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce a liquid stream in accordance with the present invention.
도 9는 본 발명에 따라 액체 스트림을 공동 생산하도록 한 선택적인 천연 가스 액화 플랜트의 흐름도이다.9 is a flow chart of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce a liquid stream in accordance with the present invention.
도 10은 본 발명에 따라 액체 스트림을 공동 생산하도록 한 선택적인 천연가스 액화 플랜트의 흐름도이다.10 is a flow diagram of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce a liquid stream in accordance with the present invention.
도 11은 본 발명에 따라 액체 스트림을 공동 생산하도록 한 선택적인 천연 가스 액화 플랜트의 흐름도이다.11 is a flow chart of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce a liquid stream in accordance with the present invention.
도 12는 본 발명에 따라 액체 스트림을 공동 생산하도록 한 선택적인 천연 가스 액화 플랜트의 흐름도이다.12 is a flow chart of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce a liquid stream in accordance with the present invention.
도 13은 본 발명에 따라 액체 스트림을 공동 생산하도록 한 선택적인 천연 가스 액화 플랜트의 흐름도이다.13 is a flow chart of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce a liquid stream in accordance with the present invention.
도 14는 본 발명에 따라 액체 스트림을 공동 생산하도록 한 선택적인 천연 가스 액화 플랜트의 흐름도이다.14 is a flow chart of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce a liquid stream in accordance with the present invention.
도 15는 본 발명에 따라 액체 스트림을 공동 생산하도록 한 선택적인 천연 가스 액화 플랜트의 흐름도이다.15 is a flow diagram of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce a liquid stream in accordance with the present invention.
도 16은 본 발명에 따라 액체 스트림을 공동 생산하도록 한 선택적인 천연 가스 액화 플랜트의 흐름도이다.16 is a flow chart of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce a liquid stream in accordance with the present invention.
도 17은 본 발명에 따라 액체 스트림을 공동 생산하도록 한 선택적인 천연 가스 액화 플랜트의 흐름도이다.17 is a flow chart of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce a liquid stream in accordance with the present invention.
도 18은 본 발명에 따라 액체 스트림을 공동 생산하도록 한 선택적인 천연 가스 액화 플랜트의 흐름도이다.18 is a flow chart of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce a liquid stream in accordance with the present invention.
도 19는 본 발명에 따라 액체 스트림을 공동 생산하도록 한 선택적인 천연 가스 액화 플랜트의 흐름도이다.19 is a flow chart of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce a liquid stream in accordance with the present invention.
도 20은 본 발명에 따라 액체 스트림을 공동 생산하도록 한 선택적인 천연가스 액화 플랜트의 흐름도이다.20 is a flow diagram of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce a liquid stream in accordance with the present invention.
도 21은 본 발명에 따라 액체 스트림을 공동 생산하도록 한 선택적인 천연 가스 액화 플랜트의 흐름도이다.21 is a flow diagram of an optional natural gas liquefaction plant adapted to co-produce a liquid stream in accordance with the present invention.
본 발명은 일반적으로 천연 가스의 액화에 관한 것이면서, 에탄, 프로판, 부탄 및 중질 탄화수소 성분 등으로 구성된 천연 가스 액체(NGL), 프로판, 부탄 및 중질 탄화수소 성분으로 구성된 액화 석유 가스(LPG) 또는 부탄과 중질 탄화수소 성분으로 구성된 콘덴세이트(condensate) 등과 같은 메탄보다 무거운 탄화수소를 주성분으로 구성하는 액체 스트림을 부산물(co-product)로서 생산하는 것에 관한 것이다. 부산물 액체 스트림의 생산은 하기의 2개의 중요한 이점을 갖는다; 생산된 LNG는 고순도의 메탄을 가지며, 부산물 액체는 다수의 다른 용도로 사용될 수도 있는 유용한 제품이 된다. 본 발명에 따라 처리되는 천연 가스 스트림은 질소 및 이산화탄소로 구성된 나머지와 함께, 대략 몰 퍼센트로, 84.2% 메탄, 7.9% 에탄 및다른 C2성분, 4.9% 프로판 및 다른 C3성분, 1.0% 이소-부탄(iso-butane), 1.1% 노말-부탄(normal-butane), 0.8% 펜탄+으로 일반적으로 분석된다. 가스를 함유하는 황(sulfur)도 가끔 존재한다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to the liquefaction of natural gas, while liquefied petroleum gas (LPG) or butane consisting of natural gas liquids (NGL) consisting of ethane, propane, butane and heavy hydrocarbon components, propane, butane and heavy hydrocarbon components. It relates to the production of co-products of liquid streams consisting primarily of hydrocarbons heavier than methane, such as condensate and heavy hydrocarbon components. The production of by-product liquid streams has two important advantages: The LNG produced has high purity methane, and the by-product liquid is a useful product that can be used for many other uses. The natural gas stream treated according to the invention is approximately mole percent, with 84.2% methane, 7.9% ethane and other C 2 components, 4.9% propane and other C 3 components, 1.0% iso-, with the remainder consisting of nitrogen and carbon dioxide. Butane (iso-butane), 1.1% normal-butane, 0.8% pentane + are generally analyzed. Sulfur containing gas is also sometimes present.
천연 가스를 액화하기 위한 여러 가지 방법이 공지되어 있다. 예컨대, 이러한 다수의 처리의 조사를 위해 핀, 아드리안 제이.(Finn, Adrian J.), 그랜트 엘. 죤슨(Grant L. Johnson), 및 테리 알. 톰린슨(Terry R. Tomlinson) 등에 의해 발표된 가스 가공업자 협회의 제79회 연례 회의 회보 429페이지 내지 450 페이지(2000년 3월 13일부터 3월 15일, 미국 조지아주 애틀랜타에서 개최)의 “해상 및 미드- 스케일 플랜트용 LNG 기술” 및 키카와 오시츠기, 마사아키 오히시 및 노리요시 노자와 등에 의해 발표된 가스 가공업자 협회의 제80회 연례 회의 회보(2001년 3월 12일부터 3월 14일, 미국 텍사스주 샌안토니오에서 개최)의 “베이스로드 LNG 플랜트의 동력시스템의 최적화”를 참조한다. 미국특허 제4,445,917호; 제4,525,185호; 제4,545,795호; 제4,755,200호; 제5,291,736호; 제5,363,655호; 제5,365,740호; 제5,600,969호; 제5,615,561호; 제5,651,269호; 제5,755,114호; 제5,893,274호; 제6,014,869호; 제6,062,041호; 제6,119,479호; 제6,125,653호; 제6,250,105 B1호; 제6,269,655 B1호; 제6,272,882 B1호; 제6,308,531 B1호; 제6,324,867 B1호; 및 제6,347,532 B1호도 관련된 방법을 기술한다. 이들 방법은 일반적으로 천연 가스를 (이산화탄소 및 황화합물과 같은 문제가 되는 화합물과 물을 제거하므로써)정제, 냉각, 응축 및 팽창하는 단계를 포함한다. 천연 가스의 냉각 및 응축은 많은상이한 방식에 의해 이루어질 수 있다. “캐스케이드 냉각 방식(cascade refrigeration)”은 프로판, 에탄, 및 메탄과 같은 낮은 끓는점을 연속적으로 갖는 다수의 냉매에 의한 천연 가스의 열교환을 채용한다. 선택적으로, 이 열교환은 단일 냉매를 다수의 상이한 압력 수준으로 냉매를 증발시키므로써 이루어질 수 있다.Various methods for liquefying natural gas are known. For example, Finn, Adrian J., Grant L., for the investigation of many of these treatments. Grant L. Johnson, and Terry R. "Marine" in the Gas Processors Association's 79th Annual Meeting, 429-450 (March 13-March 15, 2000, Atlanta, Georgia, USA), published by Terry R. Tomlinson et al. And LNG Technology for Mid-Scale Plants "and the 80th Annual Meeting of the Association of Gas Processors announced by Kikawa Oshitsugi, Masaaki Ohishi and Noriyoshi Nozawa (from March 12, 2001 to March 14, See “Optimizing the Power System of a Base-Road LNG Plant” in San Antonio, Texas, USA. US Patent No. 4,445,917; No. 4,525,185; 4,545,795; 4,755,200; 4,755,200; 5,291,736; 5,291,736; 5,363,655; 5,363,655; 5,365,740; 5,365,740; 5,600,969; 5,600,969; 5,615,561; 5,615,561; 5,651,269; 5,651,269; 5,755,114; 5,755,114; 5,893,274; 5,893,274; No. 6,014,869; 6,062,041; 6,062,041; No. 6,119,479; 6,125,653; 6,125,653; 6,250,105 B1; 6,269,655 B1; 6,272,882 B1; 6,308,531 B1; 6,324,867 B1; And 6,347,532 B1 also describe related methods. These methods generally involve purifying, cooling, condensing and expanding natural gas (by removing water and problematic compounds such as carbon dioxide and sulfur compounds). Cooling and condensation of natural gas can be accomplished in many different ways. "Cascade refrigeration" employs heat exchange of natural gas by a plurality of refrigerants having successive low boiling points such as propane, ethane, and methane. Optionally, this heat exchange can be accomplished by evaporating a single refrigerant to a plurality of different pressure levels.
“다성분 냉각 방식(multi-component refrigeration)”은 다중 단일 성분 냉매 대신에 다수의 냉매 성분으로 구성된 하나 이상의 냉매 유체에 의한 천연 가스의 열교환을 채용한다. 천연 가스의 팽창은 등엔탈피(isenthalpically)(예컨대, 주울-톰슨 팽창을 사용) 및 등엔트로피(isentropically)(예컨대, 워크-팽창 터빈을 사용)하게 이루어질 수 있다.“Multi-component refrigeration” employs heat exchange of natural gas by one or more refrigerant fluids composed of multiple refrigerant components instead of multiple single component refrigerants. The expansion of the natural gas can be made isenthalpically (eg using Joule-Thompson expansion) and isentropically (eg using a work-expansion turbine).
천연 가스 스트림을 액화하기 위해 사용되는 방법에 관계없이, 공통적으로 메탄 농후 스트림(methane-rich stream)이 액화되기 전에 메탄보다 무거운 탄화수소의 상당한 분류(fraction)의 제거를 필요로 한다. 이 탄화수소 제거 단계의 이유는 여러 가지가 있으며, 이는 LNG 스트림의 발열량 및 이들 중질 탄화수소 성분 자체로 갖고 있는 값을 제어하기 위한 요구를 포함한다. 유감스럽게도, 지금까지는 탄화수소 제거 단계의 효율에 대해서는 거의 주목을 하지 않았다.Regardless of the method used to liquefy the natural gas stream, it commonly requires the removal of significant fractions of hydrocarbons heavier than methane before the methane-rich stream is liquefied. There are several reasons for this hydrocarbon removal step, which include the need to control the calorific value of the LNG stream and the values these heavy hydrocarbon components themselves have. Unfortunately, little attention has been paid to the efficiency of the hydrocarbon removal step so far.
본 발명에 따르면, LNG 액화 처리 내로의 탄화수소 제거 단계의 조심스러운 통합이 종래 기술의 처리보다 훨씬 더 적은 에너지를 사용하여 LNG 및 분리 중질 탄화수소 액체 제품 모두를 생산할 수 있다는 사실을 알 수 있다. 본 발명은 저압하에 적용될 수 있지만, 2,758 내지 10,342kPa(a)[400 내지 1500psia] 이상의 범위에서 가스 공급 처리될 때 특히 이점이 있다.According to the present invention, it can be seen that the careful integration of the hydrocarbon removal step into the LNG liquefaction process can produce both LNG and separated heavy hydrocarbon liquid products using much less energy than prior art treatments. Although the present invention can be applied under low pressure, it is particularly advantageous when the gas supply is treated in the range of 2,758 to 10,342 kPa (a) [400 to 1500 psia] or more.
상기 도면에 대한 하기의 설명에서, 표는 대표적인 처리 조건동안 계산된 유량(flow rate)의 개요를 제공한다. 하기 표에서, 유량(몰/시간)에 대한 값은 편의상 정수에 가장 가깝게 표시되어 있다. 표에 나타낸 전체 스트림 유량은 비탄화수소 성분 모두를 포함하므로 일반적으로 탄화수소 성분의 스트림 유량의 합보다 더 크다. 지시된 온도는 대략 정수에 가까운 온도 값이다. 도면에 나타낸 처리를 비교하기 위해 실행된 처리 설계 계산은 주위로부터(또는 주위에) 처리에(또는 처리로부터) 열 누출이 없다는 가정을 기초로 한 것이다. 시판되는 절연 재료의 재질은 이 가정을 매우 합당하게 하며, 숙련공에 의해 일반적으로 만들어지는 것이다.In the following description of the figures, the table provides an overview of the flow rates calculated during typical processing conditions. In the table below, the values for flow rate (moles / hour) are shown for the convenience to be closest to the integer. The total stream flow rate shown in the table includes all of the non-hydrocarbon components and therefore is generally greater than the sum of the stream flow rates of the hydrocarbon components. The temperature indicated is a temperature value that is approximately an integer. The process design calculations performed to compare the processes shown in the figures are based on the assumption that there is no heat leakage from (or from) the process. Commercially available insulation materials make this assumption very reasonable and are generally made by skilled workers.
편의상, 처리 매개변수는 전통적인 영국 단위계와 국제 단위계(SI)의 양자로 기록한다. 표에 주어진 몰 유량은 시간당 파운드 몰 또는 시간당 킬로그램 몰로써 해석될 수도 있다. 마력(HP) 및/또는 시간당 수천 영국 열역학 단위(MBTU/Hr)로 기록된 에너지 소비는 시간당 파운드 몰로 언급된 몰 유량과 상응한다. 킬로와트(kW)로 기록된 에너지 소비는 시간당 킬로그램 몰로 언급된 몰 유량과 상응한다. 시간당 파운드(Lb/Hr)로 기록된 생산율은 시간당 파운드 몰로 언급된 몰 유량과 상응한다. 시간당 킬로그램(kg/Hr)으로 기록된 생산율은 시간당 킬로그램으로 언급된 몰 유량과 상응한다.For convenience, the processing parameters are recorded in both traditional British and international units (SI). The molar flow rates given in the table may be interpreted as pound moles per hour or kilogram moles per hour. The energy consumptions reported in horsepower (HP) and / or thousands of British thermodynamic units (MBTU / Hr) per hour correspond to the molar flow rates stated in pound moles per hour. The energy consumption, reported in kilowatts (kW), corresponds to the molar flow rate stated in kilogram moles per hour. The production rate reported in pounds per hour (Lb / Hr) corresponds to the molar flow rate stated in pounds per hour. The production rate reported in kilograms per hour (kg / Hr) corresponds to the molar flow rate stated in kilograms per hour.
제1 실시예First embodiment
도 1을 참조하여, 천연 가스 공급물 스트림 내에서 에탄 및 중질 탄화수소를 대부분 함유하는 NGL 부산물의 생산이 소망되는 본 발명에 따른 처리의 예시에 대해 설명한다. 본 발명의 이 시뮬레이션에서, 유입 가스는 스트림(31)으로서 플랜트에 32℃[90℉] 및 8,860kPa(a)[1285psia]로 진입한다. 제품 스트림이 사양을 충족시키는 것을 방해할 수 있는 이산화탄소 및/또는 황화합물 농도를 함유한다면, 이들 화합물은 공급 가스(도시되지 않음)의 적절한 전처리에 의해 제거된다. 또한, 공급물 스트림은 보통 극저온 상태하에 수화물(얼음) 형성을 방지하기 위해 탈수화된다. 이를 위해 통상 고형 건조제(desiccant)가 사용되고 있다.With reference to FIG. 1, an example of a treatment according to the invention is described where the production of NGL by-products containing mostly ethane and heavy hydrocarbons in a natural gas feed stream is desired. In this simulation of the invention, the inlet gas enters the plant as stream 31 at 32 ° C. [90 ° F.] and 8860 kPa (a) [1285 psia]. If the product stream contains carbon dioxide and / or sulfur compound concentrations that can interfere with meeting specifications, these compounds are removed by appropriate pretreatment of the feed gas (not shown). In addition, the feed stream is usually dehydrated to prevent hydrate (ice) formation under cryogenic conditions. Solid desiccants are usually used for this purpose.
공급물 스트림(31)은 냉매 스트림과 탈메탄화 장치 측 리보일러 액체(스트림(40))에 의해 ―55℃[―68℉]로 열교환하므로써 열교환기(10)에서 냉각된다. 통상 열교환기(10)는 다수의 개별적인 열교환기 또는 단일 다중 통로 열교환기 또는 그것의 조합 중 하나로 대표되는 것에 유의한다(지시된 냉각 서비스에 대해 하나 이상의 열교환기를 사용할지의 여부에 대한 결정은 다음으로 한정되는 것은 아니지만, 유입 가스 유량, 열교환기 크기, 스트림 온도 등을 포함하는 다수의 인자에 따른다). 냉각된 스트림(31a)은 증기(스트림(32))가 응축 액체(스트림(33))로부터 분리되는 분리 장치(11)에 ―34℃[―30℉] 및 8,812kPa(a)[1278psia]로 진입한다.Feed stream 31 is cooled in heat exchanger 10 by heat exchange with a refrigerant stream and a deboiler side reboiler liquid (stream 40) to -55 ° C [-68 ° F]. Note that the heat exchanger 10 is typically represented by one of a number of individual heat exchangers or a single multi-channel heat exchanger or a combination thereof (the determination of whether to use more than one heat exchanger for the indicated cooling service is as follows. But not limited to, depending on a number of factors including inlet gas flow rate, heat exchanger size, stream temperature, etc.). The cooled stream 31a is subjected to −34 ° C. [−30 ° F.] and 8,812 kPa (a) [1278psia] in a separation device 11 where steam (stream 32) is separated from condensed liquid (stream 33). Enter.
분리 장치(11)로부터 증기(스트림(32))가 2개의 스트림(34, 36)으로 분할된다. 총 증기의 약 20%를 함유하는 스트림(34)은 응축된 액체인 스트림(33)과 화합되어 스트림(35)을 형성한다. 화합된 스트림(35)은 냉매 스트림(71e)과 열교환 관계로 열교환기(13)를 통과하므로써 스트림(35a)이 냉각하여 응축하게 된다. ―85℃[―120℉]로 대체로 응축된 스트림(35a)은 이후 팽창 밸브(14)와 같은 적절한 팽창 장치를 통해 분별증류 타워(19)의 작동 압력(대략 3,206kPa(a)[465psia])으로 플래쉬 팽창된다. 팽창된 스트림의 일부분이 증기화되어, 전체 스트림이 냉각된다. 도 1에 도시된 처리에서, 팽창 밸브(14)를 떠난 팽창된 스트림(35b)은 ―86℃[―122℉]의 온도에 도달하며, 분별증류 타워(19)의 탈메탄화부(19b)의 중간지점 공급 위치에 공급된다.From the separation device 11 the steam (stream 32) is split into two streams 34, 36. Stream 34 containing about 20% of the total vapor is combined with stream 33, the condensed liquid, to form stream 35. The combined stream 35 passes through the heat exchanger 13 in a heat exchange relationship with the refrigerant stream 71e, whereby the stream 35a cools and condenses. The stream 35a, typically condensed to -85 [deg.] C. [-120 [deg.] F., is then operated at an operating pressure of the fractionation tower 19 (approximately 3206 kPa (a) [465 psia]) through a suitable expansion device such as an expansion valve 14. Into the flash. A portion of the expanded stream is vaporized so that the entire stream is cooled. In the process shown in FIG. 1, the expanded stream 35b leaving the expansion valve 14 reaches a temperature of −86 ° C. [−122 ° F.], and the demethanation unit 19b of the fractionation tower 19 It is supplied to the midpoint supply position.
분리 장치(11)로부터 증기의 나머지 80%(스트림(36))는 고압 공급물의 이 부분으로부터 기계적 에너지가 추출되는 워크 팽창 장치(15)에 진입한다. 장치(15)는 약 8,812kPa(a)[1278psia]의 압력으로부터 등엔트로피하게 타워 작동 압력까지 증기를 팽창하며, 워크 팽창은 대략 ―75℃[―103℉]의 온도로, 팽창된 스트림(36a)을 냉각하게 된다. 통상 시판되는 팽창 장치는 이상적인 등엔트로피 팽창으로 이론적으로 사용 가능한 워크의 약 80% 내지 85%를 회수할 수 있다. 회수된 워크는 예컨대, 타워 오버헤드 가스(스트림(38))를 재압축하는데 사용될 수 있는 원심 압축기(16)를 구동하는데 종종 사용된다. 팽창 및 부분적으로 응축된 스트림(36a)은 증류 기둥(19)의 하부 중간 기둥 공급 지점에 공급물로서 보내진다.The remaining 80% of the steam from the separation device 11 (stream 36) enters the work expansion device 15 where mechanical energy is extracted from this portion of the high pressure feed. Apparatus 15 expands the vapor from a pressure of about 8812 kPa (a) [1278 psia] to isotropically tower operating pressure, with the workpiece expansion at approximately −75 ° C. [−103 ° F.], expanding stream 36a. ) To cool. Commercially available expansion devices can recover from about 80% to 85% of theoretically usable work with ideal isentropic expansion. The recovered work is often used to drive a centrifugal compressor 16 that can be used, for example, to recompress tower overhead gas (stream 38). The expanded and partially condensed stream 36a is sent as feed to the lower middle column feed point of the distillation column 19.
분별증류 타워(19)의 탈메탄화 장치는 복수 개의 수직으로 이격된 트레이(tray), 하나 이상의 패킹된 베드(bed), 또는 트레이와 패킹의 조합을 포함하는 종래 기술의 증류 기둥이다. 천연 가스 처리 플랜트에서 흔한 경우이지만,분별증류 타워는 2개의 부분으로 구성된다. 상부 부분(19a)은 최상부 공급물이 각각 증기 및 액체부분으로 분할되고, 하부 증류 또는 탈메탄화부(19b)로부터 상승한 증기가 최상부 공급물의 증기부(만약 있다면)와 화합하여 타워 최상부를 ―93℃[―135℉]로 나가는 냉각 탈메탄화 장치 오버헤드 증기(스트림(37))를 형성하는 분리 장치이다. 하부 탈메탄화부(19b)는 트레이 및/또는 패킹을 포함하며, 하방으로 떨어지는 액체와 상방으로 올라가는 증기 사이에 필수 접촉을 제공한다. 탈메탄화부는 또한 하나 이상의 리보일러(리보일러(20)와 같은)를 포함하며, 이는 기둥 아래로 흐르는 액체의 일부를 가열하여 증기화하여 기둥 위로 흐르는 스트립핑(stripping) 증기를 제공한다. 액체 제품 스트림(41)은 저부 제품에 몰 기준상 메탄과 에탄의 비를 0.020 : 1 의 통상 사양에 기초하여 타워의 저부를 46℃[115℉]로 나간다.The demethanation device of the fractionation tower 19 is a distillation column of the prior art comprising a plurality of vertically spaced trays, one or more packed beds, or a combination of trays and packings. Although common in natural gas processing plants, a fractionation tower consists of two parts. The upper portion 19a is divided into the vapor and liquid portions, respectively, and the vapor from the lower distillation or demethanation 19b is combined with the vapor portion (if any) of the upper feed, so that the top of the tower is -93 ° C. Separator to form a cooling demethanizer overhead vapor (stream 37) exiting to [-135 [deg.] F.]. Lower demethanation 19b includes a tray and / or packing and provides the necessary contact between the liquid falling down and the vapor rising upwards. The demethanation unit also includes one or more reboilers (such as reboiler 20), which heats and vaporizes a portion of the liquid flowing under the column to provide stripping vapor that flows over the column. The liquid product stream 41 exits the bottom of the tower to 46 ° C. [115 ° F.] based on a typical specification of 0.020: 1 on a molar basis of the bottom product.
탈메탄화 장치 오버헤드 증기(스트림(37))는 32℃[90℉]로 열교환기(24)에서 가온되며, 가온된 탈메탄화 장치 오버헤드 증기의 일부는 꺼내져 플랜트의 연료 가스(스트림(48))로서 작용한다(꺼내져야되는 연료 가스량은 이 실시예에서 냉매 압축기(64, 66, 68)등과 같은 플랜트의 가스 압축기를 구동하는 엔진 및/또는 터빈에 요구되는 연료에 의해 주로 결정된다.). 가온된 탈메탄화 장치 오버헤드 증기의 나머지(스트림(38))는 팽창 장치(15, 61, 63)에 의해 구동되는 압축기(16)에 의해 압축된다. 배출 냉각 장치(25)에서 38℃[100℉]로 냉각된 후, 스트림(38b)은 냉각 탈메탄화 장치 오버헤드 증기인 스트림(37)을 교차 교환하므로서 열교환기(24)에서 ―86℃[―123℉]으로 더 냉각된다.The demethanizer overhead steam (stream 37) is warmed in the heat exchanger 24 to 32 ° C. [90 ° F.], and a portion of the heated demethanizer overhead steam is taken out of the plant to produce fuel gas (stream (The amount of fuel gas to be taken out in this embodiment is mainly determined by the fuel required for the engine and / or turbine driving the gas compressor of the plant, such as refrigerant compressors 64, 66, 68, etc.). .). The remainder of the warmed demethanizer overhead steam (stream 38) is compressed by a compressor 16 driven by expansion devices 15, 61, 63. After cooling to 38 [deg.] C. [100 [deg.] F.] in the exhaust cooling unit 25, stream 38b cross-exchanges stream 37, which is a cooling de-methanizer overhead vapor, at -86 [deg.] C. in heat exchanger 24; -123 [deg.] F.
스트림(38c)은 이후 열교환기(60)에 진입하며 냉매 스트림(71d)에 의해 더 냉각된다. 중간 온도로 냉각된 후, 스트림(38c)은 2개의 부분으로 분할된다. 제1 부분인 스트림(49)은 열교환기(60)에서 스트림을 응축하고 과냉각하도록 ―160℃[―257℉]로 더 냉각되며, 그 후에 스트림으로부터 기계적 에너지가 추출되는 워크 팽창 장치(61)에 진입한다. 장치(61)는 약 3,878kPa(a)[562psia]의 압력으로부터 대기압보다 약간 높은 LNG 저장 압력(107kPa(a)[15.5psia])까지 등엔트로피하게 액체 스트림(49)을 팽창한다. 워크 팽창은 대략 ―161℃[―258℉]의 온도로, 팽창된 스트림(49a)을 냉각하게 되며, 그 후에 LNG 제품(스트림(50))을 담는 LNG 저장 탱크(62)로 보내진다.Stream 38c then enters heat exchanger 60 and is further cooled by refrigerant stream 71d. After cooling to medium temperature, stream 38c is split into two portions. The first portion, stream 49, is further cooled to -160 [deg.] C. [-257 [deg.] F.) to condense and supercool the stream in heat exchanger 60, and then to the work expansion device 61 where mechanical energy is extracted from the stream. Enter. Apparatus 61 expands liquid stream 49 isotropically from a pressure of about 3,878 kPa (a) [562 psia] to an LNG storage pressure (107 kPa (a) [15.5 psia]) slightly above atmospheric pressure. The work expansion will cool the expanded stream 49a to a temperature of approximately -161 ° C. [-258 ° F.], which is then sent to the LNG storage tank 62 containing the LNG product (stream 50).
스트림(38c)의 다른 부분인 스트림(39)은 열교환기(60)로부터 ―107℃[―160℉]로 꺼내져, 팽창 밸브(17)와 같은 적절한 팽창 장치를 통해 분별증류 타워(19)의 작동 압력까지 플래쉬 팽창된다. 도 1에 도시된 처리에서, 팽창된 스트림(39a)에 증기화가 존재하지 않으므로, 스트림의 온도는 단지 미세하게 떨어져 ―107℃[―161℉]의 온도로, 팽창 밸브(17)를 떠난다. 팽창된 스트림(39a)은 이후 분별증류 타워(19)의 상부 영역의 분리 장치부(19a)에 공급된다. 여기서 분리된 액체는 탈메탄화부(19b)의 최상부 공급물이 된다.The other part of stream 38c, stream 39, is taken out of heat exchanger 60 to -107 [deg.] C. [-160 [deg.] F.), and through the appropriate expansion device such as expansion valve 17, Flashes up to working pressure In the process shown in FIG. 1, since there is no vaporization in the expanded stream 39a, the temperature of the stream is only slightly dropped, leaving the expansion valve 17 to a temperature of −107 ° C. [−161 ° F.]. The expanded stream 39a is then fed to the separator device 19a in the upper region of the fractionation tower 19. The liquid separated here becomes the top feed of the demethanation unit 19b.
스트림(35, 38c)에 대한 전체 냉각은 폐 사이클 냉각 루프(closed cycle refrigeration loop)에 의해 제공된다. 이 사이클을 위한 작동유체는 탄화수소와 질소의 혼합물이며, 이 혼합물 조성은 시판 중인 냉각제를 사용하여 적당한 압력으로 응축하면서 필요한 냉매 온도를 제공하기 위해 필요에 따라 조절된다. 이 경우, 냉각수에 의해 응축되었다고 가정하였으므로, 질소, 메탄, 에탄, 프로판, 및 중질 탄화수소로 구성된 냉매 혼합물이 도 1의 처리의 시뮬레이션에 사용된다. 스트림은 중질 탄화수소로 구성된 나머지와 함께 대략 몰 퍼센트로, 7.5% 질소, 41.0% 메탄, 41.5% 에탄, 및 10.0% 프로판의 조성을 갖는다.Total cooling to streams 35 and 38c is provided by a closed cycle refrigeration loop. The working fluid for this cycle is a mixture of hydrocarbons and nitrogen, the composition of which is adjusted as necessary to provide the required refrigerant temperature while condensing at moderate pressure using commercially available coolants. In this case, since it is assumed that it has been condensed by cooling water, a refrigerant mixture composed of nitrogen, methane, ethane, propane, and heavy hydrocarbons is used in the simulation of the treatment of FIG. 1. The stream has a composition of 7.5% nitrogen, 41.0% methane, 41.5% ethane, and 10.0% propane in approximately mole percent with the remainder consisting of heavy hydrocarbons.
냉매 스트림(71)은 38℃[100℉] 및 4,185kPa(a)[607psia]로 배출 냉각 장치(69)를 떠난다. 스트림은 열교환기(10)로 진입하여 ―35℃[―31℉]로 냉각되며 부분적으로 가온된 팽창된 냉매 스트림(71f)과 다른 냉매 스트림에 의해 부분적으로 응축된다. 도 1의 시뮬레이션에서, 이들 다른 냉매 스트림은 3개의 상이한 온도와 압력 수준으로 시판되는 프로판 냉매로 가정한다. 부분적으로 응축된 냉매 스트림(71a)은 이후 열교환기(13)로 진입하며 부분적으로 가온된 팽창된 냉매 스트림(71e)에 의해 ―81℃[―114℉]로 더 냉각되며, 부분적으로 과냉각하도록 냉매(스트림(71b))를 응축한다. 냉매는 팽창된 냉매 스트림(71d)에 의해 열교환기(60)에서 ―160℃[―257℉]로 더 과냉각된다. 과냉각된 액체 스트림(71c)이 워크 팽창 장치(63)에 진입하며 장치는 약 4,040kPa(a)[586psia]의 압력으로부터 약 234kPa(a)[34psia]의 압력까지 등엔트로피하게 팽창되게 스트림으로부터 기계적 에너지를 추출한다. 팽창된 스트림의 일부분이 증기화되어, ―164℃[―263℉]로 전체 스트림(스트림(71d))이 냉각된다. 팽창된 스트림(71d)은 이후 열교환기(60, 13, 10)로 재진입하며 증기화되고 과열된 스트림(38c, 35) 및 냉매(스트림(71, 71a, 71b))를 냉각한다.The refrigerant stream 71 leaves the exhaust cooling device 69 at 38 ° C. [100 ° F.] and 4,185 kPa (a) [607 psia]. The stream enters heat exchanger 10 and is cooled to −35 ° C. [−31 ° F.] and partially condensed by the partially warmed expanded refrigerant stream 71f and other refrigerant streams. In the simulation of FIG. 1, these different refrigerant streams are assumed to be propane refrigerants sold at three different temperature and pressure levels. The partially condensed refrigerant stream 71a then enters the heat exchanger 13 and is further cooled to -81 ° C [-114 ° F] by the partially warmed expanded refrigerant stream 71e and the refrigerant to be partially subcooled. (Stream 71b) is condensed. The refrigerant is further subcooled to -160 ° C [-257 ° F] in the heat exchanger 60 by the expanded refrigerant stream 71d. The supercooled liquid stream 71c enters the work expansion device 63 and the device is mechanically moved from the stream such that it is isentropically expanded from a pressure of about 4,040 kPa (a) [586 psia] to a pressure of about 234 kPa (a) [34 psia]. Extract energy. A portion of the expanded stream is vaporized to cool the entire stream (stream 71d) to -164 ° C [-263 ° F]. The expanded stream 71d then reenters the heat exchangers 60, 13 and 10 and cools the vaporized and superheated streams 38c and 35 and the refrigerant (streams 71, 71a and 71b).
과열된 냉매 증기(스트림(71g))는 34℃[93℉]로 열교환기를(10) 떠나며,4,254kPa(a)[617psia]로 3단계에서 압축된다. 3개의 압축 단계(냉매 압축기(64, 66, 68))의 각각은 추가 동력원에 의해 구동되며 압축열을 제거하기 위해 냉각 장치(배출 냉각 장치(65, 67, 69))를 따른다. 배출 냉각 장치(69)로부터 압축된 스트림(71)은 열교환기(10)로 복귀하여 사이클을 완료한다.The superheated refrigerant vapor (stream 71 g) leaves the heat exchanger 10 at 34 ° C. [93 ° F.] and is compressed in three steps to 4,254 kPa (a) [617 psia]. Each of the three compression stages (refrigerant compressors 64, 66, 68) is driven by an additional power source and follows a cooling device (exhaust cooling devices 65, 67, 69) to remove the heat of compression. Compressed stream 71 from exhaust cooling apparatus 69 returns to heat exchanger 10 to complete the cycle.
도 1에 나타낸 처리의 스트림 유량 및 에너지 소비에 대한 개요를 하기의 표에서 설명한다.An overview of the stream flow rate and energy consumption of the process shown in FIG. 1 is described in the table below.
표 1Table 1
(도 1)(Figure 1)
스트림 유량 개요- Kg moles/Hr[Lb.Moles/Hr]Stream Flow Rate Overview- Kg moles / Hr [Lb.Moles / Hr]
NGL*의 회수Recovery of NGL *
에탄 95.06%Ethane 95.06%
프로판100.00%Propane100.00%
부탄+100.00%Butane + 100.00%
생산율308,147 Lb/Hr[308,147 kg/Hr]Production rate 308,147 Lb / Hr [308,147 kg / Hr]
LNG 제품LNG products
생산율610,813 Lb/Hr[610,813 kg/Hr]Production rate610,813 Lb / Hr [610,813 kg / Hr]
순도* 99.52%Purity * 99.52%
저발열량 912.3 BTU/SCF[ 33.99 MJ/㎥]Low calorific value 912.3 BTU / SCF [33.99 MJ / ㎥]
동력power
냉매 압축103,957 HP[170,904 kW]Refrigerant Compression 103,957 HP [170,904 kW]
프로판 압축 33,815 HP[ 55,591 kW]Propane Compression 33,815 HP [55,591 kW]
총 압축137,772 HP[226,495 kW]Total Compression 137,772 HP [226,495 kW]
부대설비의 열Heat of auxiliary equipment
탈메탄화 장치 리보일러 29,364 MBTU/Hr[ 18,969 kW]Demethanizer Reboiler 29,364 MBTU / Hr [18,969 kW]
*(정수가 아닌 유량에 기초함)* (Based on flow, not integer)
LNG 생산 처리의 효율은 통상 요구되는 “비동력 소비(specific power consumption)”를 사용하여 비교되며, 이는 전체 액체 생산율에 대한 전체 냉각 압축 동력의 비율이다. LNG를 생산하는 종래 기술의 비동력의 공개된 정보는 0.276 kW-Hr/kg[0.168 HP-Hr/Lb] 내지 0.300 kW-Hr/kg[0.182 HP-Hr/Lb]의 범위를 나타내며, 이 범위는 LNG 생산 플랜트에서 년간 340일 동안 조업을 개시한 것에 기초하여 이루어진 것으로 생각된다. 이와 동일한 근거로, 본 발명의 도 1의 실시예의 비동력 소비는 0.265 kW-Hr/kg[0.161 HP-Hr/Lb]이며, 이는 종래 기술의 처리에 비해 4% 내지 13%의 효율 개선을 부여한다. 또한, 종래 기술 처리의 비동력 소비는 본 발명의 이 예시에 도시한 바와 같이 NGL(C2및 중질 탄화수소) 액체 스트림이 아니라 단지 LPG(C3및 중질 탄화수소) 또는 비교적 회수 수준이 낮은 콘덴세이트(C4및 중질 탄화수소) 액체 스트림만을 공동 생산하는 것에 기초하는 것에 유의한다. 종래 기술의 처리는 LPG 스트림 또는 콘덴세이트 스트림 대신에 NGL 스트림을 공동 생산하기 위해 상당히 많은 냉각 동력을 요구한다.The efficiency of LNG production processing is usually compared using the required “specific power consumption”, which is the ratio of the total cooling compression power to the total liquid production rate. Published non-powered information of the prior art for producing LNG ranges from 0.276 kW-Hr / kg [0.168 HP-Hr / Lb] to 0.300 kW-Hr / kg [0.182 HP-Hr / Lb]. It is believed that this was based on 340 days of operation at the LNG production plant. On the same basis, the non-power consumption of the embodiment of FIG. 1 of the present invention is 0.265 kW-Hr / kg [0.161 HP-Hr / Lb], which gives an efficiency improvement of 4% to 13% over the prior art treatment. do. In addition, the non-power consumption of prior art processing is not only NGL (C 2 and heavy hydrocarbon) liquid streams, but LPG (C 3 and heavy hydrocarbons) or relatively low recovery levels of condensate (C) as shown in this example of the invention. 4 and heavier hydrocarbons) is based on co-producing only the liquid stream. Prior art processes require significantly more cooling power to co-produce NGL streams instead of LPG streams or condensate streams.
본 발명의 개선된 효율을 설명하는 것으로 2개의 주요 인자가 있다. 제1 인자는 본 실시예에서 고려된 것과 같이 고압 가스 스트림에 적용될 때 액화 처리의 열역학을 조사하므로써 알 수 있다. 이 스트림의 주요 성분은 메탄이므로, 메탄의 열역학 특성은 본 발명에 사용된 사이클과 종래 기술의 처리에 채용된 액화 사이클을 비교하기 위해 사용될 수 있다. 도 2는 메탄의 압력-엔탈피 상태도를 포함한다. 종래 기술의 대부분의 액화 사이클에서, 가스 스트림의 모든 냉각은 스트림이 고압(경로A - B)이면서, 그후에 스트림이 LNG 저장 용기의 압력(대기압보다 약간 높음)으로 팽창(경로B - C)되어 이루어진다. 이 팽창 단계는 워크 팽창 장치를 채용할 수 있으며, 이 장치는 통상 이상적인 등엔트로피 팽창으로 이론적으로 입수할 수 있는 워크의 약 75% 내지 80%를 회수할 수 있다. 간략하게 하기 위해, 전체 등엔트로피 팽창을 경로B - C로 도 2에 나타낸다. 비록 그렇다 하여도, 일정한 엔트로피 선이 상태도의 액체 영역에서 거의 수직하기 때문에, 이 워크 팽창에 의해 제공된 엔탈피 감소는 매우 작다.There are two main factors that account for the improved efficiency of the present invention. The first factor can be seen by examining the thermodynamics of the liquefaction process when applied to a high pressure gas stream as contemplated in this embodiment. Since the main component of this stream is methane, the thermodynamic properties of methane can be used to compare the cycle used in the present invention with the liquefaction cycle employed in the prior art treatment. 2 includes a pressure-enthalpy state diagram of methane. In most liquefaction cycles of the prior art, all cooling of the gas stream is achieved where the stream is at high pressure (paths A-B), after which the stream is expanded (path B-C) to the pressure of the LNG storage vessel (slightly above atmospheric pressure) . This expansion step can employ a work expansion device, which can typically recover about 75% to 80% of the theoretically available work with ideal isentropic expansion. For simplicity, the overall isentropic expansion is shown in Figure 2 by paths B-C. Even so, since the constant entropy line is nearly perpendicular in the liquid region of the state diagram, the enthalpy reduction provided by this work expansion is very small.
이와 대조하여 본 발명의 액화 사이클에 대해 설명한다. 고압으로 부분 냉각한 후(경로A - A′), 가스 스트림은 중간 압력까지 워크 팽창된다(경로A′- A″)(다시, 간략하게 하기 위해 전체 등엔트로피 팽창을 나타낸다). 냉각의 나머지가 중간 압력으로 이루어지며(경로A″- B′), 이후 스트림은 LNG 저장 용기의 압력까지 팽창된다(경로B′- C). 일정한 엔트로피 경사선은 상태도의 증기 영역에서 가파르지 않으므로, 상당히 큰 엔탈피 감소가 본 발명의 제1 워크 팽창 단계(경로A′- A″)에 의해 제공된다. 따라서, 본 발명에 요구되는 총냉각량(경로A - A′와 경로A″- B′의 합)은 종래 기술의 처리에 요구되는 냉각량(경로A - B)보다 적으며, 가스 스트림을 액화하기 위해 요구되는 냉각량(따라서 냉각 압축)이 감소한다.In contrast, the liquefaction cycle of the present invention will be described. After partial cooling to high pressure (paths A-A '), the gas stream is workpiece expanded to medium pressure (paths A'-A ") (again, for the sake of simplicity the total isentropic expansion). The remainder of the cooling is at medium pressure (paths A ″ -B ′), and then the stream expands to the pressure of the LNG storage vessel (paths B′-C). Since a constant entropy slope is not steep in the vapor region of the state diagram, a significantly greater enthalpy reduction is provided by the first work expansion step (path A′-A ″) of the present invention. Therefore, the total amount of cooling required for the present invention (sum of paths A-A 'and paths A-B') is less than the amount of cooling (paths A-B) required for the prior art processing, and liquefied the gas stream. The amount of cooling (and thus cooling compression) required to do so is reduced.
본 발명의 개선된 효율을 설명하는 제2 인자는 저작동 압력인 탄화수소 증류 시스템의 탁월한 성능이다. 종래 기술의 처리에서 대부분의 탄화수소 제거 단계는 고압에서 실행되며, 유입 가스 스트림으로부터 중질 탄화수소를 제거하기 위해 통상 흡수제 스트림으로서 냉각 탄화수소 액체를 채용하는 스크럽 기둥(scrub column)을 사용한다. 스크럽 기둥을 고압으로 작동시키는 것은 매우 효율적이지 않으며, 그 결과 가스 스트림으로부터 메탄 및 에탄의 상당 분류가 공동 흡수되며, 이는 흡수제 액체로부터 연속적으로 스트립되어야 하며 냉각되어 LNG 제품의 일부로 된다. 본 발명에서, 탄화수소 제거 단계는 증기-액체 평형이 더욱 유리한 중간 압력으로 유도되며, 그 결과 부산물 액체 스트림의 소망하는 중질 탄화수소가 매우 효율적으로 회수된다.A second factor describing the improved efficiency of the present invention is the excellent performance of the hydrocarbon distillation system at mastic copper pressure. Most of the hydrocarbon removal steps in the prior art processes are carried out at high pressures and use scrub columns which typically employ a cooling hydrocarbon liquid as the absorbent stream to remove heavy hydrocarbons from the inlet gas stream. Operating the scrub column at high pressure is not very efficient and as a result a significant fraction of methane and ethane is co-absorbed from the gas stream, which must be continuously stripped from the sorbent liquid and cooled to be part of the LNG product. In the present invention, the hydrocarbon removal step is led to a medium pressure in which the vapor-liquid equilibrium is more advantageous, with the result that the desired heavy hydrocarbons of the by-product liquid stream are recovered very efficiently.
제2 실시예Second embodiment
LNG 제품에 대한 사양이 LNG 제품에서 회수되는 공급 가스에 함유된 에탄을 더 많이 허용한다면, 더 단순한 실시예가 본 발명에 채용될 수도 있다. 도 3은 이러한 선택 실시예를 도시한다. 도 3에 나타낸 처리에서 고려된 유입 가스 조성 및 조건은 도 1과 동일하다. 따라서, 도 3의 처리는 도 1에 나타낸 실시예와 비교될수 있다.If the specification for the LNG product allows more ethane contained in the feed gas recovered from the LNG product, a simpler embodiment may be employed in the present invention. 3 illustrates this alternative embodiment. The inlet gas composition and conditions considered in the processing shown in FIG. 3 are the same as in FIG. 1. Thus, the process of FIG. 3 can be compared with the embodiment shown in FIG.
도 3 처리의 시뮬레이션에서, NGL 회수부에 대한 유입 가스 냉각, 분리, 및 팽창 설계는 도 1에 사용된 것과 본질적으로 동일하다. 유입 가스는 스트림(31)으로서 플랜트에 32℃[90℉] 및 8,860kPa(a)[1285psia]로 진입하며, 냉매 스트림과 탈메탄화 장치 측 리보일러 액체(스트림(40))에 의해 ―37℃[―35℉]로 열교환하므로써 열교환기(10)에서 냉각된다. 냉각된 스트림(31a)은 증기(스트림(32))가 응축 액체(스트림(33))로부터 분리되는 분리 장치(11)에 ―34℃[―30℉] 및 8,812kPa(a)[1278psia]로 진입한다.In the simulation of the FIG. 3 process, the inlet gas cooling, separation, and expansion design for the NGL recovery is essentially the same as that used in FIG. 1. The inlet gas enters the plant as stream 31 at 32 ° C. [90 ° F.] and 8860 kPa (a) [1285 psia], and is refracted by the refrigerant stream and the deboiler side reboiler liquid (stream 40). It is cooled in the heat exchanger 10 by heat exchange at [° C] [-35 ° F]. The cooled stream 31a is subjected to −34 ° C. [−30 ° F.] and 8,812 kPa (a) [1278psia] in a separation device 11 where steam (stream 32) is separated from condensed liquid (stream 33). Enter.
분리 장치(11)로부터 증기(스트림(32))가 2개의 스트림(34, 36)으로 분할된다. 총 증기의 약 20%를 함유하는 스트림(34)은 응축된 액체인 스트림(33)과 화합되어 스트림(35)을 형성한다. 화합된 스트림(35)은 냉매 스트림(71e)과 관련된 열교환의 열교환기(13)를 통과하므로써 냉각하여 스트림(35a)을 대체로 응축한다. ―85℃[―120℉]로 대체로 응축된 스트림(35a)은 이후 팽창 밸브(14)와 같은 적절한 팽창 장치를 통해 분별증류 타워(19)의 작동 압력(대략 3,206kPa(a)[465psia])으로 플래쉬 팽창된다. 팽창된 스트림의 일부분이 증기화되어, 전체 스트림이 냉각된다. 도 3에 도시된 처리에서, 팽창 밸브(14)를 떠난 팽창된 스트림(35b)은 ―86℃[―122℉]의 온도에 도달하며, 분별증류 타워(19)의 상부 영역의 분리 장치부에 공급된다. 여기서 분리된 액체는 분별증류 타워(19)의 하부 영역의 탈메탄화부의 최상부 공급물이 된다.From the separation device 11 the steam (stream 32) is split into two streams 34, 36. Stream 34 containing about 20% of the total vapor is combined with stream 33, the condensed liquid, to form stream 35. The combined stream 35 is cooled by passing through a heat exchanger 13 of heat exchange associated with the refrigerant stream 71e to condense the stream 35a to a large extent. The stream 35a, typically condensed to -85 [deg.] C. [-120 [deg.] F., is then operated at an operating pressure of the fractionation tower 19 (approximately 3206 kPa (a) [465 psia]) through a suitable expansion device such as an expansion valve 14. Into the flash. A portion of the expanded stream is vaporized so that the entire stream is cooled. In the process shown in FIG. 3, the expanded stream 35b leaving the expansion valve 14 reaches a temperature of −86 ° C. [−122 ° F.] and is connected to the separation device in the upper region of the fractionation tower 19. Supplied. The separated liquid here becomes the top feed of the demethanation unit in the lower region of the fractionation tower 19.
분리 장치(11)로부터 증기의 나머지 80%(스트림(36))는 고압 공급물의 이 부분으로부터 기계적 에너지가 추출되는 워크 팽창 장치(15)에 진입한다. 장치(15)는 약 8,812kPa(a)[1278psia]의 압력으로부터 등엔트로피하게 타워 작동 압력까지 증기를 팽창하며, 워크 팽창은 대략 ―75℃[―103℉]의 온도로, 팽창된 스트림(36a)을 냉각하게 된다. 팽창 및 부분적으로 응축된 스트림(36a)은 증류 기둥(19)의 중간 기둥 공급 지점에 공급물로서 보내진다.The remaining 80% of the steam from the separation device 11 (stream 36) enters the work expansion device 15 where mechanical energy is extracted from this portion of the high pressure feed. Apparatus 15 expands the vapor from a pressure of about 8812 kPa (a) [1278 psia] to isotropically tower operating pressure, with the workpiece expansion at approximately −75 ° C. [−103 ° F.], expanding stream 36a. ) To cool. The expanded and partially condensed stream 36a is sent as feed to the middle column feed point of the distillation column 19.
냉각 탈메탄화 장치 오버헤드 증기(스트림(37))는 분별증류 타워(19)의 최상부를 ―86℃[―123℉]로 나간다. 액체 제품 스트림(41)은 저부 제품에 몰 기준상 메탄과 에탄의 비를 0.020 : 1 의 통상 사양에 기초하여 타워의 저부를 48℃[118℉]로 나간다.The cold demethanizer overhead steam (stream 37) exits the top of the fractionation tower 19 at -86 ° C [-123 ° F]. The liquid product stream 41 exits the bottom of the tower to 48 ° C. [118 ° F.] based on a typical specification of 0.020: 1 on a molar basis for the bottom product.
탈메탄화 장치 오버헤드 증기(스트림(37))는 32℃[90℉]로 열교환기(24)에서 가온되며, 이 부분(스트림(48))은 이후 꺼내져 플랜트의 연료 가스로서 작용한다. 가온된 탈메탄화 장치 오버헤드 증기의 나머지(스트림(49))는 압축기(16)에 의해 압축된다. 배출 냉각 장치(25)에서 38℃[100℉]로 냉각된 후, 스트림(49b)은 냉각 탈메탄화 장치 오버헤드 증기인 스트림(37)을 교차 교환하므로써 열교환기(24)에서 ―80℃[―112℉]로 더 냉각된다.The demethanizer overhead steam (stream 37) is warmed in heat exchanger 24 to 32 ° C. [90 ° F.], which portion (stream 48) is then taken out to act as fuel gas for the plant. The remainder of the warmed demethanizer overhead vapor (stream 49) is compressed by compressor 16. After cooling to 38 [deg.] C. [100 [deg.] F.] in the exhaust cooling unit 25, stream 49b is exchanged at -80 [deg.] C. in heat exchanger 24 by cross-changing stream 37, which is a cooling demethanizer overhead vapor. -112 [deg.] F.
스트림(49c)은 이후 열교환기(60)에 진입하여 스트림을 응축하고 과냉각하도록 냉매 스트림(71d)에 의해 ―160℃[―257℉]로 더 냉각되며, 그 후에 스트림으로부터 기계적 에너지가 추출되는 워크 팽창 장치(61)에 진입한다. 장치(61)는 약 4,021kPa(a)[583psia]의 압력으로부터 대기압보다 약간 높은 LNG 저장 압력(107kPa(a)[15.5psia])까지 등엔트로피하게 액체 스트림(49d)을 팽창한다. 워크 팽창은 대략 ―161℃[―258℉]의 온도로, 팽창된 스트림(49e)을 냉각하게 되며, 그 후에 LNG 제품(스트림(50))을 담는 LNG 저장 탱크(62)로 보내진다.Stream 49c is then further cooled to -160 ° C [-257 ° F] by refrigerant stream 71d to enter heat exchanger 60 to condense and supercool the stream, after which mechanical energy is extracted from the stream. Enter the expansion device 61. The device 61 expands the liquid stream 49d isotropically from a pressure of about 4,021 kPa (a) [583psia] to an LNG storage pressure 107 kPa (a) [15.5 psia] slightly above atmospheric pressure. The work expansion will cool the expanded stream 49e to a temperature of approximately -161 ° C. [-258 ° F.], which is then sent to the LNG storage tank 62 containing the LNG product (stream 50).
도 1의 처리와 유사하게, 스트림(35, 49c)에 대한 전체 냉각은 폐 사이클 냉각 루프에 의해 제공된다. 도 3의 사이클의 작동유체로써 사용되는 스트림은, 중질 탄화수소로 구성된 나머지와 함께 대략 몰 퍼센트로, 7.5% 질소, 40.0% 메탄, 42.5% 에탄, 및 10.0% 프로판의 조성을 갖는다. 냉매 스트림(71)은 38℃[100℉] 및 4,185kPa(a)[607psia]로 배출 냉각 장치(69)를 떠난다. 스트림은 열교환기(10)로 진입하여 ―35℃[―31℉]로 냉각되며 부분적으로 가온된 팽창된 냉매 스트림(71f)과 다른 냉매 스트림에 의해 부분적으로 응축된다. 도 3의 시뮬레이션에서, 이들 다른 냉매 스트림은 3개의 상이한 온도와 압력 수준으로 시판되는 프로판 냉매로 가정한다. 부분적으로 응축된 냉매 스트림(71a)은 이후 열교환기(13)로 진입하며 부분적으로 가온된 팽창된 냉매 스트림(71e)에 의해 ―85℃[―121℉]로 더 냉각되며, 냉매(스트림(71))를 응축하여 부분적으로 과냉각한다. 냉매는 팽창된 냉매 스트림(71d)에 의해 열교환기(60)에서 ―160℃[―257℉]로 더 과냉각된다. 과냉각된 액체 스트림(71c)이 워크 팽창 장치(63)에 진입하며 장치는 약 4,040kPa(a)[586psia]의 압력으로부터 약 234kPa(a)[34psia]의 압력까지 등엔트로피하게 팽창되게 스트림으로부터 기계적 에너지를 추출한다. 팽창된 스트림의 일부분이 증기화되어, ―164℃[―263℉]로 전체 스트림(스트림(71d))이 냉각된다. 팽창된 스트림(71d)은 이후 열교환기(60, 13, 10)로 재진입하며 증기화되고 과열된 스트림(49c, 35) 및 냉매(스트림(71, 71a, 71b))를 냉각한다.Similar to the process of FIG. 1, total cooling for streams 35 and 49c is provided by a closed cycle cooling loop. The stream used as the working fluid of the cycle of FIG. 3 has a composition of 7.5% nitrogen, 40.0% methane, 42.5% ethane, and 10.0% propane, in approximately mole percent, with the remainder consisting of heavy hydrocarbons. The refrigerant stream 71 leaves the exhaust cooling device 69 at 38 ° C. [100 ° F.] and 4,185 kPa (a) [607 psia]. The stream enters heat exchanger 10 and is cooled to −35 ° C. [−31 ° F.] and partially condensed by the partially warmed expanded refrigerant stream 71f and other refrigerant streams. In the simulation of FIG. 3, these different refrigerant streams are assumed to be propane refrigerants sold at three different temperature and pressure levels. The partially condensed refrigerant stream 71a then enters the heat exchanger 13 and is further cooled to -85 ° C [-121 ° F] by the partially warmed expanded refrigerant stream 71e and the refrigerant (stream 71 Condenses)) and partially cools. The refrigerant is further subcooled to -160 ° C [-257 ° F] in the heat exchanger 60 by the expanded refrigerant stream 71d. The supercooled liquid stream 71c enters the work expansion device 63 and the device is mechanically moved from the stream such that it is isentropically expanded from a pressure of about 4,040 kPa (a) [586 psia] to a pressure of about 234 kPa (a) [34 psia]. Extract energy. A portion of the expanded stream is vaporized to cool the entire stream (stream 71d) to -164 ° C [-263 ° F]. The expanded stream 71d then reenters the heat exchangers 60, 13 and 10 and cools the vaporized and superheated streams 49c and 35 and the refrigerant (streams 71, 71a and 71b).
과열된 냉매 증기(스트림(71g))는 34℃[93℉]로 열교환기(10)를 떠나며, 4,254kPa(a)[617psia]로 3단계에서 압축된다. 3개의 압축 단계(냉매 압축기(64, 66, 68))의 각각은 추가 동력원에 의해 구동되며 압축열 제거를 위해 냉각 장치(배출 냉각 장치(65, 67, 69))를 따른다. 배출 냉각 장치(69)로부터 압축된 스트림(71)은 열교환기(10)로 복귀하여 사이클을 완료한다.The superheated refrigerant vapor (stream 71g) leaves the heat exchanger 10 at 34 ° C. [93 ° F.] and is compressed in three steps to 4,254 kPa (a) [617 psia]. Each of the three compression stages (refrigerant compressors 64, 66, 68) is driven by an additional power source and follows a cooling device (exhaust cooling devices 65, 67, 69) for the removal of compressed heat. Compressed stream 71 from exhaust cooling apparatus 69 returns to heat exchanger 10 to complete the cycle.
도 3에 나타낸 처리의 스트림 유량 및 에너지 소비에 대한 개요를 하기의 표에서 설명한다.An overview of the stream flow rate and energy consumption of the process shown in FIG. 3 is described in the table below.
표 2TABLE 2
(도 3)(Figure 3)
스트림 유량 개요- Kg moles/Hr[Lb.Moles/Hr]Stream Flow Rate Overview- Kg moles / Hr [Lb.Moles / Hr]
NGL*의 회수Recovery of NGL *
에탄 87.57%Ethane 87.57%
프로판 97.41%Propane 97.41%
부탄+ 99.47%Butane + 99.47%
생산율296,175 Lb/Hr[296,175 kg/Hr]Production rate 296,175 Lb / Hr [296,175 kg / Hr]
LNG 제품LNG products
생산율625,152 Lb/Hr[625,152 kg/Hr]Production 625,152 Lb / Hr [625,152 kg / Hr]
순도* 98.66%Purity * 98.66%
저발열량 919.7 BTU/SCF[ 34.27 MJ/㎥]Low calorific value 919.7 BTU / SCF [34.27 MJ / ㎥]
동력power
냉매 압축 96,560 HP[158,743 kW]Refrigerant Compression 96,560 HP [158,743 kW]
프로판 압축 34,724 HP[ 57,086 kW]Propane Compression 34,724 HP [57,086 kW]
총 압축131,284 HP[215,829 kW]Total Compression 131,284 HP [215,829 kW]
부대설비의 열Heat of auxiliary equipment
탈메탄화 장치 리보일러22,177 MBTU/Hr[ 14,326 kW]Demethanizer Reboiler22,177 MBTU / Hr [14,326 kW]
*(정수가 아닌 유량에 기초함)* (Based on flow, not integer)
LNG 생산 플랜트에서 년간 340일 동안 조업을 개시한 것으로 가정하면, 본 발명의 도 3의 실시예의 비동력 소비는 0.251 kW-Hr/kg[0.153 HP-Hr/Lb]이다. 종래 기술의 처리에 비해, 도 3의 실시예는 10% 내지 20%의 효율 개선을 부여한다. 도 1의 실시예에서 먼저 언급한 바와 같이, 이 효율 개선은 종래 기술의 처리에 의해 생산된 LPG 또는 콘덴세이트 부산물보다는 오히려 NGL 부산물이 생산될지라도 본 발명에서는 가능하다.Assuming that the LNG production plant has been operating for 340 days per year, the specific power consumption of the embodiment of FIG. 3 of the present invention is 0.251 kW-Hr / kg [0.153 HP-Hr / Lb]. Compared to prior art processing, the embodiment of FIG. 3 gives an efficiency improvement of 10% to 20%. As mentioned earlier in the embodiment of FIG. 1, this efficiency improvement is possible in the present invention even though NGL by-products are produced rather than LPG or condensate by-products produced by prior art processing.
도 1의 실시예에 비해, 본 발명의 도 3의 실시예에서는 생산된 액체의 단위 유닛당 동력이 약 5% 적게 요구된다. 따라서, 부여된 사용 가능한 압축 동력량에서, 도 3의 실시예는 NGL 부산물의 C2와 중질 탄화수소의 더 적은 회수에 의해 도 1의 실시예보다 약 5% 더 많은 천연 가스를 액화할 수 있다. 본 발명의 도 1 및 도 3의 실시예 사이의 특별한 적용을 위한 선택은 LNG 제품의 그에 해당하는 가치에 대한 NGL 제품의 중질 탄화수소의 금전적인 가치 또는 LNG 제품에 대한 발열량의 사양(도 1의 실시예에 의해 생산된 LNG의 발열량이 도 3의 실시예의 의해 생산된 발열량보다 더 낮기 때문) 중 하나에 의해 일반적으로 요구된다.Compared to the embodiment of FIG. 1, the embodiment of FIG. 3 of the present invention requires about 5% less power per unit of liquid produced. Thus, at the given usable amount of compressive power, the embodiment of FIG. 3 can liquefy about 5% more natural gas than the embodiment of FIG. 1 by less recovery of C 2 and heavy hydrocarbons of the NGL by-product. The choice for a particular application between the embodiments of FIGS. 1 and 3 of the present invention is based on the monetary value of the heavy hydrocarbons of the NGL product or the calorific value for the LNG product (the implementation of FIG. 1) for the corresponding value of the LNG product. Generally because the calorific value of the LNG produced by the example is lower than the calorific value produced by the embodiment of FIG. 3).
제3 실시예Third embodiment
LNG 제품에 대한 사양이 LNG 제품에서 회수되는 공급 가스에 함유된 에탄을 더 많이 허용하거나, 에탄을 함유하는 액체 부산물에 대한 시장이 없다면, 도 4에 나타낸 것과 같은 본 발명의 선택 실시예는 LPG 부산물 스트림을 생산하도록 채용될 수도 있다. 도 4에 나타낸 처리에서 고려된 유입 가스 조성 및 조건은 도 1 및 도 3과 동일하다. 따라서, 도 4의 처리는 도 1 및 도 3에 나타낸 실시예와 비교될 수 있다.If the specification for the LNG product allows more ethane contained in the feed gas recovered from the LNG product, or if there is no market for ethane-containing liquid by-products, an alternative embodiment of the present invention as shown in Figure 4 is an LPG by-product. It may be employed to produce a stream. Influent gas compositions and conditions considered in the processing shown in FIG. 4 are the same as in FIGS. 1 and 3. Thus, the process of FIG. 4 can be compared with the embodiment shown in FIGS. 1 and 3.
도 4의 처리의 시뮬레이션에서, 유입 가스는 스트림(31)으로서 플랜트에 32℃[90℉] 및 8,860kPa(a)[1285psia]로 진입하며, 냉매 스트림 및 플래쉬된 분리 장치 액체(33a)에 의해 열교환하므로써 열교환기(10)에서 ―43℃[―46℉]로 냉각된다. 냉각된 스트림(31a)은 증기(스트림(32))가 응축 액체(스트림(33))로부터 분리되는 분리 장치(11)에 ―18℃[―1℉] 및 8,812kPa(a)[1278psia]로 진입한다.In the simulation of the process of FIG. 4, the inlet gas enters the plant as stream 31 at 32 ° C. [90 ° F.] and 8860 kPa (a) [1285 psia], which is caused by the refrigerant stream and flashed separator liquid 33a. By heat exchange, it is cooled in the heat exchanger 10 to -43 degreeC [-46 degreeF]. The cooled stream 31a is subjected to -18 ° C [-1 ° F] and 8,812 kPa (a) [1278psia] in a separation device 11 where steam (stream 32) is separated from condensed liquid (stream 33). Enter.
분리 장치(11)로부터 증기(스트림(32))가 고압 공급물의 이 부분으로부터 기계적 에너지를 추출하는 워크 팽창 장치(15)에 진입한다. 장치(15)는 약 8,812kPa(a)[1278psia]의 압력으로부터 약 3,034kPa(a)[440psia]의 압력(분리장치/흡수 장치 타워(18)의 작동 압력)까지 대체로 등엔트로피하게 증기를 팽창하며, 워크 팽창은 대략 ―63℃[―81℉]의 온도로, 팽창된 스트림(32a)을 냉각하게 된다. 팽창 및 부분적으로 응축된 스트림(32a)은 분리 장치/흡수 장치 타워(18)의 하부 영역의 흡수부(18b)에 공급된다. 팽창된 스트림의 액체 부분은 흡수부로부터 하방으로 떨어지는 액체와 혼합되며, 화합된 액체 스트림(40)은 ―66℃[―86℉]로 분리 장치/흡수 장치 타워(18)의 저부를 나간다. 팽창된 스트림의 증기부분은 흡수부를 통해 상방으로 상승하며 C3성분 및 중질 성분을 응축하고 흡수하기 위해 하방으로 떨어지는 냉각 액체와 접촉한다.Steam (stream 32) from separation device 11 enters work expansion device 15 which extracts mechanical energy from this portion of the high pressure feed. The device 15 expands the vapor substantially isentropically from a pressure of about 8,812 kPa (a) [1278 psia] to a pressure of about 3,034 kPa (a) [440 psia] (the operating pressure of the separator / absorber tower 18). The work expansion causes cooling of the expanded stream 32a to a temperature of approximately −63 ° C. [−81 ° F.]. Expanded and partially condensed stream 32a is fed to absorber 18b in the lower region of separator / absorber tower 18. The liquid portion of the expanded stream mixes with the liquid falling down from the absorbent portion, and the combined liquid stream 40 exits the bottom of the separator / absorber tower 18 at -66 ° C [-86 ° F]. The vapor portion of the expanded stream rises upwards through the absorbing portion and contacts the cooling liquid falling downwards to condense and absorb the C 3 and heavy components.
분리 장치/흡수 장치 타워(18)는 복수 개의 수직으로 이격된 트레이, 하나 이상의 패킹된 베드, 또는 트레이와 패킹의 조합을 포함하는 종래 기술의 증류 기둥이다. 천연 가스 처리 플랜트에서 흔한 경우지만, 분리 장치/흡수 장치 타워는 2개의 부분으로 구성된다. 상부 부분(18a)은 최상부 공급물에 함유된 어떠한 증기가 그것의 상응하는 액체 부분으로부터 분리되며, 하부 증류 또는 흡수부(18b)로부터 상승한 증기가 최상부 공급물의 증기부(만약 있다면)와 화합하여 타워 최상부를 나가는 냉각 증류 스트림(37)을 형성하는 분리 장치이다. 하부 흡수부(18b)는 트레이 및/또는 패킹을 포함하며, C3성분 및 중질 성분을 응축하여 흡수하도록 하방으로 떨어지는 액체와 상방으로 올라가는 증기 사이에 필수 접촉을 제공한다.Separator / absorber tower 18 is a distillation column of the prior art comprising a plurality of vertically spaced trays, one or more packed beds, or a combination of trays and packings. Although common in natural gas processing plants, the separator / absorber tower consists of two parts. The upper portion 18a is a tower in which any vapor contained in the top feed is separated from its corresponding liquid portion, and vapors rising from the lower distillation or absorber 18b combine with the steam portion (if any) of the top feed. Separator to form a cold distillation stream 37 exiting the top. The lower absorber 18b includes a tray and / or packing and provides the necessary contact between the liquid falling downward and the vapor rising upward to condense and absorb the C 3 and heavy components.
분리 장치/흡수 장치 타워(18)의 저부로부터 화합된 액체 스트림(40)은 펌프(26)에 의해 열교환기(13)로 보내지며, 스트림(40a)은 탈에탄화 장치 오버헤드(스트림(42)) 및 냉매(스트림(71a))의 냉각을 제공하므로써 가열된다. 화합된 액체 스트림은 ―31℃[―24℉]로 가열되며, 스트림이 탈에탄화 장치(19)의 중간 기둥 공급물로서 공급되기 이전에 스트림(40b)을 부분적으로 증기화한다. 분리 장치 액체(스트림(33))는 스트림이 전술한 유입 공급가스를 냉각하기 이전에 스트림(33)을 ―43℃[―46℉]로 냉각하는(스트림(33a)) 팽창 밸브(12)에 의해 탈에탄화 장치(19)의 작동 압력보다 약간 높게 플래쉬 팽창된다. 스트림(33b)은 현재 29℃[85℉]이며, 이후 탈에탄화 장치(19)의 하분 중간 기둥 공급 지점에 진입한다. 탈에탄화 장치에서, 스트림(40b, 33b)은 스트림의 메탄 및 C2성분이 제거된다. 약 3,123kPa(a)[453psia]로 작동하는 타워(19)의 탈에탄화 장치는 또한 복수 개의 수직으로 이격된 트레이, 하나 이상의 패킹된 베드, 또는 트레이와 패킹의 조합을 포함하는 종래 기술의 증류 기둥이다. 탈에탄화 장치 타워는 2개의 부분: 최상부 공급물에 함유된 어떠한 증기가 그것의 상응하는 액체 부분으로부터 분리되며, 하부 증류 또는 탈에탄화부(19b)로부터 상승한 증기가 최상부 공급물의 증기부(만약 있다면)와 화합하여 타워의 최상부를 나가는 증류 스트림(42)을 형성하는 상부 분리 장치부(19a); 트레이 및/또는 패킹을 포함하며, 하방으로 떨어지는 액체와 상방으로 올라가는 증기 사이에 필수 접촉을 제공하는 하부 탈에탄화부(19b)로 구성된다. 탈에탄화부(19b)는 또한 하나 이상의 리보일러(리보일러(20))를 포함하며, 이는 기둥의 저부 액체의 일부를 가열하여 증기화하여 메탄 및 C2성분의 액체 제품인 스트림(41)을 제거하도록 기둥 상부로 흐르는 스트립핑 증기를 제공한다. 저부의 액체제품의 통상적인 사양은 몰 기준상 에탄과 프로판의 비를 0.020 : 1로 갖는다. 액체 제품 스트림(41)은 탈에탄화 장치의 저부를 101℃[214℉]로 나간다.The combined liquid stream 40 from the bottom of the separator / absorber tower 18 is sent to the heat exchanger 13 by a pump 26 and the stream 40a is deethanized unit overhead (stream 42 Heating) by providing cooling of the refrigerant (stream 71a)). The combined liquid stream is heated to -31 [deg.] C. [-24 [deg.] F. and partially vaporizes stream 40b before the stream is fed as a middle column feed of deethanization apparatus 19. Separator liquid (stream 33) is passed to expansion valve 12 which cools stream 33 to -43 ° C. [-46 ° F.] (stream 33a) before the stream cools the inlet feed gas described above. By flash expansion slightly above the operating pressure of the deethanization apparatus 19. Stream 33b is currently at 29 ° C. [85 ° F.] and then enters the lower middle column feed point of the deethanization unit 19. In the deethanization apparatus, streams 40b and 33b are stripped of the methane and C 2 components of the stream. The deethanation apparatus of tower 19 operating at about 3123 kPa (a) [453 psia] also includes prior art distillation comprising a plurality of vertically spaced trays, one or more packed beds, or a combination of trays and packings. It is a pillar. The deethanizer tower has two parts: any vapor contained in the top feed is separated from its corresponding liquid portion, and the vapors raised from the bottom distillation or deethanization 19b are vapors of the top feed (if Top separation device portion 19a, in combination with (if present), to form a distillation stream 42 exiting the top of the tower; It comprises a tray and / or packing and consists of a lower deethanization 19b which provides the requisite contact between the liquid falling downward and the vapor rising upward. Deethanization 19b also includes one or more reboilers (reboilers 20), which heat and vaporize a portion of the bottom liquid of the column to vaporize stream 41, which is a liquid product of methane and C 2 components. Provide stripping vapor flowing over the column to remove. Typical specifications for bottom liquid products have a ratio of ethane and propane on a molar basis of 0.020: 1. The liquid product stream 41 exits the bottom of the deethanization apparatus at 101 ° C. [214 ° F.].
탈에탄화 장치(19)의 작동 압력은 분리 장치/흡수 장치 타워(18)의 작동 압력보다 약간 높게 유지된다. 이는 탈에탄화 장치 오버헤드 증기(스트림(42))를 열교환기(13)를 통한 압력 스트림으로 분리 장치/흡수 장치 타워(18)의 상부로 흐르게 한다. 열교환기(13)에서, ―28℃[―19℉]의 탈에탄화 장치 오버헤드 증기를 분리 장치/흡수 장치 타워(18)의 저부로부터 화합된 액체 스트림(스트림(40a))과 ―67℃[―89℉]로 냉각하고(스트림(42a)) 이를 부분적으로 응축하는 플래쉬된 냉매 스트림(71e)과 열교환관계로 보낸다. 부분적으로 응축된 스트림은 역류 드럼(reflux drum)(22)으로 진입하며, 이는 미응축 증기(스트림(43))로부터 응축된 액체(스트림(44))을 분리한다. 스트림(43)은 분리 장치/흡수 장치 타워(18)의 상부 영역을 떠나는 증류 증기 스트림(스트림(37))과 화합하여 냉각 잔류 가스 스트림(47)을 형성한다. 응축된 액체(스트림(44))는 펌프(23)에 의해 고압으로 퍼올려지며, 그 후 스트림(44a)은 2개의 부분으로 분할된다. 일 부분인 스트림(45)은 분리 장치/흡수 장치 타워(18)의 상부 분리 장치부로 보내져 흡수부를 통해 상방으로 상승하는 증기와 접촉하는 냉각 액체로서 작용한다. 다른 부분은 탈에탄화 장치(19)의 최상부 공급 지점에 ―67℃[―89℉]로 흐르는 역류 스트림(46)으로서 탈에탄화 장치(19)에 공급된다.The operating pressure of the deethanizer 19 is maintained slightly above the operating pressure of the separator / absorber tower 18. This causes deethanizer overhead steam (stream 42) to flow to the top of separator / absorber tower 18 in a pressure stream through heat exchanger 13. In the heat exchanger 13, the deethanization unit overhead vapor of -28 ° C [-19 ° F] is combined with the liquid stream (stream 40a) combined from the bottom of the separator / absorber tower 18 to -67 ° C. Cool to [−89 ° F.] (stream 42a) and heat exchange with flashed refrigerant stream 71e which partially condenses. The partially condensed stream enters a reflux drum 22, which separates the condensed liquid (stream 44) from uncondensed vapor (stream 43). Stream 43 combines with a distillation vapor stream (stream 37) leaving the upper region of separator / absorber tower 18 to form a cooling residual gas stream 47. The condensed liquid (stream 44) is pumped to high pressure by pump 23, after which stream 44a is divided into two parts. A portion of stream 45 is directed to the upper separator section of separator / absorber tower 18 and acts as a cooling liquid in contact with the vapor rising upward through the absorber. The other portion is fed to the deethanization unit 19 as a countercurrent stream 46 flowing at -67 ° C [-89 ° F] to the top feed point of the deethanization unit 19.
냉각 잔류 가스(스트림(47))는 열교환기(24)에서 ―70℃[―94℉]으로부터 34℃[94℉]로 가온되며, 부분(스트림(48))은 이후 꺼내져 플랜트용 연료 가스로서 작용한다. 가온된 잔류 가스(스트림(49))의 나머지는 압축 장치(16)에 의해 압축된다. 배출 냉각 장치(25)에서 38℃[100℉]로 냉각된 후, 스트림(49b)은 냉각 잔류 가스인 스트림(47)의 교차 교환에 의해 열교환기(24)에서 ―61℃[―78℉]로 더 냉각된다.The cooling residual gas (stream 47) is warmed from −70 ° C. [−94 ° F.] to 34 ° C. [94 ° F.] in the heat exchanger 24, and the portion (stream 48) is then taken out and the fuel gas for the plant. Act as. The remainder of the warmed residual gas (stream 49) is compressed by the compression device 16. After cooling to 38 [deg.] C. [100 [deg.] F.] in the exhaust cooling apparatus 25, stream 49b is subjected to -61 [deg.] F. [-78 [deg.] F.] in the heat exchanger 24 by cross-exchange of stream 47 which is cooling residual gas. Is further cooled.
스트림(49c)은 이후 열교환기(60)로 진입하며, 스트림을 응축하여 과냉각하도록 냉매 스트림(71d)에 의해 ―160℃[―255℉]으로 더 냉각되며, 그 후에 기계적 에너지가 스트림으로부터 추출되는 워크 팽창 장치(61)에 진입한다. 장치(61)는 약 4,465kPa(a)[648psia]의 압력으로부터 대기압보다 약간 높은 LNG 저장 압력(107kPa(a)[15.5psia])까지 대체로 등엔트로피하게 액체 스트림(49d)을 팽창한다. 워크 팽창은 대략 ―160℃[―256℉]의 온도로, 팽창된 스트림(49e)을 냉각하게 되며, 그 후에 LNG 제품(스트림(50))을 담는 LNG 저장 탱크(62)로 보내진다.Stream 49c then enters heat exchanger 60 and is further cooled to -160 ° C [-255 ° F] by refrigerant stream 71d to condense and supercool the stream, after which mechanical energy is extracted from the stream. The work inflation device 61 enters. Apparatus 61 expands the liquid stream 49d substantially isotropically from a pressure of about 4,465 kPa (a) [648 psia] to an LNG storage pressure 107 kPa (a) [15.5 psia] slightly above atmospheric pressure. The work expansion will cool the expanded stream 49e to a temperature of approximately -160 ° C [-256 ° F], which is then sent to the LNG storage tank 62 containing the LNG product (stream 50).
도 1 및 도 3의 처리와 유사하게, 스트림(42)에 대한 다수의 냉각과 스트림(49c)에 대한 전체 냉각은 폐 사이클 냉각 루프에 의해 제공된다. 도 4 처리의 사이클을 위해 작동유체로 사용된 스트림은 중질 탄화수소로 구성된 나머지와 함께 대략 몰 퍼센트로, 8.7% 질소, 30.0% 메탄, 45.8% 에탄, 및 11.0% 프로판의 조성을 갖는다. 냉매 스트림(71)은 38℃[100℉] 및 4,185kPa(a)[607psia]로 배출 냉각 장치(69)를 떠난다. 스트림은 열교환기(10)로 진입하여 ―27℃[―17℉]로 냉각되며 부분적으로 가온된 팽창된 냉매 스트림(71f)과 다른 냉매 스트림에 의해 부분적으로 응축된다. 도 4의 시뮬레이션에서, 이들 다른 냉매 스트림은 3개의 상이한 온도와 압력 수준으로 시판되는 프로판 냉매로 가정한다. 부분적으로 응축된냉매 스트림(71a)은 이후 열교환기(13)로 진입하며 부분적으로 가온된 팽창된 냉매 스트림(71e)에 의해 ―67℃[―89℉]로 더 냉각되며, 냉매(스트림(71b))를 더 응축한다. 냉매는 전체가 응축되며 이후 팽창된 냉매 스트림(71d)에 의해 열교환기(60)에서 ―160℃[―255℉]로 과냉각한다. 과냉각된 액체 스트림(71c)이 워크 팽창 장치(63)에 진입하며, 장치는 약 4,040kPa(a)[586psia]의 압력으로부터 약 234kPa(a)[34psia]의 압력까지 대체로 등엔트로피하게 팽창되게 스트림으로부터 기계적 에너지를 추출한다. 팽창된 스트림의 일부분이 증기화되어, ―164℃[―264℉]로 전체 스트림(스트림(71d))이 냉각된다. 팽창된 스트림(71d)은 이후 스트림(49c, 42) 및 증기화되어 과열된 냉매(스트림(71, 71a, 71b))를 냉각하는 열교환기(60, 13, 10)로 재진입한다.Similar to the processing of FIGS. 1 and 3, multiple cooling for stream 42 and total cooling for stream 49c are provided by a closed cycle cooling loop. The stream used as working fluid for the cycle of the FIG. 4 process has a composition of 8.7% nitrogen, 30.0% methane, 45.8% ethane, and 11.0% propane, in approximately mole percent with the remainder consisting of heavy hydrocarbons. The refrigerant stream 71 leaves the exhaust cooling device 69 at 38 ° C. [100 ° F.] and 4,185 kPa (a) [607 psia]. The stream enters heat exchanger 10 and is cooled to -27 ° C [-17 ° F] and partially condensed by the partially warmed expanded refrigerant stream 71f and other refrigerant streams. In the simulation of FIG. 4, these different refrigerant streams are assumed to be propane refrigerants sold at three different temperature and pressure levels. The partially condensed refrigerant stream 71a then enters the heat exchanger 13 and is further cooled to -67 ° C [-89 ° F] by the partially warmed expanded refrigerant stream 71e and the refrigerant (stream 71b). More condensation). The refrigerant is condensed entirely and then supercooled to -160 ° C [-255 ° F] in the heat exchanger 60 by the expanded refrigerant stream 71d. The supercooled liquid stream 71c enters the work expansion device 63, which is in such an entropy expansion that it is generally isentropically expanded from a pressure of about 4,040 kPa (a) [586 psia] to a pressure of about 234 kPa (a) [34 psia]. Mechanical energy is extracted from the A portion of the expanded stream is vaporized to cool the entire stream (stream 71d) to -164 ° C [-264 ° F]. Expanded stream 71d then re-enters stream 49c, 42 and heat exchangers 60, 13, 10 that cool the vaporized superheated refrigerant (streams 71, 71a, 71b).
과열된 냉매 증기(스트림(71g))는 32℃[90℉]로 열교환기(10)를 떠나며, 4,254kPa(a)[617psia]로 3단계 압축된다. 3개의 압축 단계(냉매 압축기(64, 66, 68))의 각각은 추가 동력원에 의해 구동되며 압축열 제거를 위해 냉각 장치(배출 냉각 장치(65, 67, 69))를 따른다. 배출 냉각 장치(69)로부터 압축된 스트림(71)은 열교환기(10)로 복귀하여 사이클을 완료한다.The superheated refrigerant vapor (stream 71g) leaves the heat exchanger 10 at 32 ° C. [90 ° F.] and is compressed in three stages to 4,254 kPa (a) [617 psia]. Each of the three compression stages (refrigerant compressors 64, 66, 68) is driven by an additional power source and follows a cooling device (exhaust cooling devices 65, 67, 69) for the removal of compressed heat. Compressed stream 71 from exhaust cooling apparatus 69 returns to heat exchanger 10 to complete the cycle.
도 4에 나타낸 처리의 스트림 유량 및 에너지 소비에 대한 개요를 하기의 표에서 설명한다.An overview of the stream flow rate and energy consumption of the process shown in FIG. 4 is described in the table below.
표 3TABLE 3
(도 4)(Figure 4)
스트림 유량 개요- Kg moles/Hr[Lb.Moles/Hr]Stream Flow Rate Overview- Kg moles / Hr [Lb.Moles / Hr]
LPG*의 회수Recovery of LPG *
프로판 99.08%Propane 99.08%
부탄+100.00%Butane + 100.00%
생산율197,051 Lb/Hr[197,051 kg/Hr]Production 197,051 Lb / Hr [197,051 kg / Hr]
LNG 제품LNG products
생산율726,918 Lb/Hr[726,918 kg/Hr]Production rate726,918 Lb / Hr [726,918 kg / Hr]
순도* 91.43%Purity * 91.43%
저발열량 969.9 BTU/SCF[ 36.14 MJ/㎥]Low calorific value 969.9 BTU / SCF [36.14 MJ / ㎥]
동력power
냉매 압축 95,424 HP[156,876 kW]Refrigerant Compression 95,424 HP [156,876 kW]
프로판 압축 28,060 HP[ 46,130 kW]Propane Compression 28,060 HP [46,130 kW]
총 압축123,484 HP[203,006 kW]Total Compression123,484 HP [203,006 kW]
부대설비의 열Heat of auxiliary equipment
탈메탄화 장치 리보일러 55,070 MBTU/Hr[ 35,575 kW]Demethanizer Reboiler 55,070 MBTU / Hr [35,575 kW]
*(정수가 아닌 유량에 기초함)* (Based on flow, not integer)
LNG 생산 플랜트에서 년간 340일 동안 조업을 개시한 것으로 가정하면, 본 발명의 도 4의 실시예의 비동력 소비는 0.236 kW-Hr/kg[0.143 HP-Hr/Lb]이다. 종래 기술의 처리에 비해, 도 4의 실시예는 17% 내지 27%의 효율 개선을 부여한다.Assuming that the LNG production plant has been operating for 340 days per year, the non-power consumption of the embodiment of FIG. 4 of the present invention is 0.236 kW-Hr / kg [0.143 HP-Hr / Lb]. Compared to prior art processing, the embodiment of FIG. 4 confers an efficiency improvement of 17% to 27%.
도 1 및 도 3의 실시예에 비해, 본 발명의 도 4의 실시예에서는 생산된 액체의 단위 유닛당 동력이 약 6% 내지 11% 적게 요구된다. 따라서, 부여된 사용 가능한 압축 동력량에서, 도 4의 실시예는 LPG 부산물의 C3와 중질 탄화수소만의 회수에 의해 도 1의 실시예보다 약 6% 더 많은 천연 가스 또는 도 3의 실시예보다 약 11% 더 많은 천연 가스를 액화할 수 있다. 본 발명의 도 4의 실시예와 도 1 또는 도 3의 실시예중 하나 사이의 특별한 적용을 위한 선택은 LNG 제품의 그에 상응하는 가치에 대한 NGL 제품의 에탄의 금전적인 가치 또는 LNG 제품에 대한 발열량 의 사양(도 1 및 도 3의 실시예에 의해 생산된 LNG의 발열량이 도 4의 실시예에 의해 생산된 발열량보다 더 낮기 때문) 중 하나에 의해 일반적으로 요구된다.Compared to the embodiment of FIGS. 1 and 3, the embodiment of FIG. 4 of the present invention requires about 6% to 11% less power per unit of liquid produced. Thus, at a given usable amount of compressive power, the embodiment of FIG. 4 is about 6% more natural gas or the embodiment of FIG. 3 than the embodiment of FIG. 1 by recovering only C 3 and heavy hydrocarbons of LPG by-products. About 11% more natural gas can be liquefied. The choice for a particular application between the embodiment of FIG. 4 and one of the embodiments of FIG. 1 or 3 of the present invention is based on the monetary value of the ethylene or the monetary value of the LNG product to the corresponding value of the LNG product. Generally required by one of the specifications (since the calorific value of the LNG produced by the embodiment of FIGS. 1 and 3 is lower than the calorific value produced by the embodiment of FIG. 4).
제4 실시예Fourth embodiment
LNG 제품에 대한 사양이 LNG 제품에서 회수되는 공급 가스에 함유된 에탄 및 프로판을 더 많이 허용하거나, 에탄 및 프로판을 함유하는 액체 부산물에 대한 시장이 없다면, 도 5에 나타낸 것과 같은 본 발명의 선택 실시예는 콘덴세이트 부산물 스트림을 생산하도록 채용될 수도 있다. 도 5에 나타낸 처리에서 고려된 유입 가스 조성 및 조건은 도 1, 도 3 및 도 4와 동일하다. 따라서, 도 5의 처리는 도1, 도 3 및 도 4에 나타낸 실시예와 비교될 수 있다.If the specification for the LNG product permits more ethane and propane contained in the feed gas recovered from the LNG product, or if there is no market for liquid by-products containing ethane and propane, optional implementation of the invention as shown in FIG. An example may be employed to produce the condensate byproduct stream. Influent gas compositions and conditions considered in the processing shown in FIG. 5 are the same as those in FIGS. 1, 3 and 4. Thus, the process of Fig. 5 can be compared with the embodiment shown in Figs. 1, 3 and 4.
도 5 처리의 시뮬레이션에서, 유입 가스는 스트림(31)으로서 플랜트에 32℃[90℉] 및 8,860kPa(a)[1285psia]로 진입하며, 냉매 스트림, ―38℃[―37℉]로 플래쉬된 고압 분리 장치 액체(스트림(33b)) 및 ―38℃[―37℉]로 플래쉬된 중간 압력 분리 장치 액체(스트림(39b))에 의해 열교환하므로써 열교환기(10)에서 냉각된다. 냉각된 스트림(31a)은 증기(스트림(32))가 응축 액체(스트림(33))로부터 분리되는 고압 분리 장치(11)에 ―34℃[―30℉] 및 8,812kPa(a)[1278psia]로 진입한다.In the simulation of the FIG. 5 process, the inlet gas enters the plant as stream 31 at 32 ° C. [90 ° F.] and 8,860 kPa (a) [1285 psia], flashed to a refrigerant stream, −38 ° C. [−37 ° F.]. It is cooled in the heat exchanger 10 by heat exchange with a high pressure separator liquid (stream 33b) and an intermediate pressure separator liquid (stream 39b) flashed to -38 ° C [-37 ° F]. The cooled stream 31a is supplied at −34 ° C. [−30 ° F.] and 8,812 kPa (a) [1278psia] in a high pressure separation unit 11 where steam (stream 32) is separated from condensed liquid (stream 33). Enter
분리 장치(11)로부터 증기(스트림(32))가 고압 공급물의 이 부분으로부터 기계적 에너지를 추출하는 워크 팽창 장치(15)에 진입한다. 장치(15)는 약 8,812kPa(a)[1278psia]의 압력으로부터 약 4,378kPa(a)[635psia]의 압력까지 등엔트로피하게 증기를 팽창하며, 워크 팽창은 대략 ―64℃[―83℉]의 온도로, 팽창된 스트림(32a)을 냉각하게 된다. 팽창 및 부분적으로 응축된 스트림(32a)은 중간 압력 분리 장치(18)에 진입하며, 증기(스트림(42))가 응축 액체(스트림(39))로부터 분리된다. 중간 압력 분리 장치 액체(스트림(39))는 열교환기(13)에 진입하기 전에 스트림(39)을 ―78℃[―108℉]로 냉각하고(스트림(39a)) 잔류 가스 스트림(49) 및 냉매 스트림(71a)을 냉각하여 전술한 유입 공급 가스를 냉각하게 열교환기(10)에 제공되는 팽창 밸브(17)에 의해 탈프로판화 장치(19)의 작동 압력보다 약간 높게 플래쉬 팽창되고 가열된다. 스트림(39c)은 현재 ―26℃[―15℉]이며, 이후 탈프로판화 장치(19)의 상부 중간 기둥 공급 지점에 진입한다.Steam (stream 32) from separation device 11 enters work expansion device 15 which extracts mechanical energy from this portion of the high pressure feed. The device 15 expands the vapor isotropically, from a pressure of about 8,812 kPa (a) [1278 psia] to a pressure of about 4,378 kPa (a) [635 psia], with the work expansion being approximately -64 ° C. [-83 ° F.]. At this temperature, the expanded stream 32a is cooled. The expanded and partially condensed stream 32a enters the intermediate pressure separation device 18, and vapor (stream 42) is separated from the condensation liquid (stream 39). The intermediate pressure separator device (stream 39) cools stream 39 to −78 ° C. [−108 ° F.] before entering heat exchanger 13 (stream 39a) and residual gas stream 49 and The expansion valve 17 provided to the heat exchanger 10 to cool the refrigerant stream 71a to cool the inlet feed gas described above is flash expanded and heated slightly above the operating pressure of the depropanification apparatus 19. Stream 39c is currently -26 [deg.] C. [-15 [deg.] F.] and then enters the upper middle column feed point of the depropane plate 19.
고압 분리 장치(11)로부터 응축된 액체인 스트림(33)은 열교환기(13)에 진입하기 이전에 스트림(33)을 ―70℃[―93℉] 냉각하고(33a)) 잔류 가스 스트림(49) 및 냉매 스트림(71a)을 냉각하여 전술한 유입 공급 가스를 냉각하게 열교환기(10)에 제공되는 팽창 밸브에 의해 탈프로판화 장치(19)의 작동 압력보다 약간 높게 플래쉬 팽창되고, 가열된다. 스트림(33c)은 현재 10℃[50℉]이며, 이후 탈프로판화 장치(19)의 하부 중간 기둥 공급 지점에 진입한다. 탈프로판화 장치에서, 스트림(39c, 33c)은 그것의 메탄, C2성분 및 C3성분을 제거한다. 약 2,654kPa(a)[385psia]로 작동하는 타워(19)의 탈프로판화 장치는 복수 개의 수직으로 이격된 트레이, 하나 이상의 패킹된 베드, 또는 트레이와 패킹의 조합을 포함하는 종래 기술의 증류 기둥이다. 탈프로판화 장치 타워는 2개의 부분: 최상부 공급물에 함유된 어떠한 증기가 그것의 상응하는 액체 부분으로부터 분리되며, 하부 증류 또는 탈프로판화부(19b)로부터 상승한 증기가 최상부 공급물의 증기부(만약 있다면)와 화합하여 타워의 최상부를 나가는 증류 스트림(37)을 형성하는 상부 분리 장치부(19a); 트레이 및/또는 패킹을 포함하며, 하방으로 떨어지는 액체와 상방으로 올라가는 증기 사이에 필수 접촉을 제공하는 하부 탈프로판화부(19b)로 구성된다. 탈프로판화부(19b)는 또한 하나 이상의 리보일러(리보일러(20))를 포함하며, 이는 기둥의 저부 액체의 일부를 가열하여 증기화하여 메탄, C2성분 및 C3성분의 액체 제품인 스트림(41)을 제거하도록 기둥 위로 흐르는 스트립핑 증기를 제공한다. 저부의 액체 제품의 통상 사양은 몰 기준상 프로판과 부탄의 비를 0.020 : 1로 갖는다. 액체 제품 스트림(41)은 탈에탄화 장치의 저부를 141℃[286℉]로 나간다.Stream 33, which is a liquid condensed from the high pressure separation device 11, cools stream 33 to -70 ° C [-93 ° F] (33a) before entering heat exchanger 13 and residual gas stream 49 ) And an expansion valve provided to the heat exchanger 10 to cool the refrigerant stream 71a to cool the inlet feed gas described above, which is slightly expanded above the operating pressure of the depropanification apparatus 19 and heated. Stream 33c is now 10 ° C. [50 ° F.] and then enters the lower middle column feed point of the depropanification apparatus 19. In a depropane apparatus, streams 39c and 33c remove its methane, C 2 and C 3 components. The depropanification apparatus of tower 19 operating at about 2,654 kPa (a) [385 psia] is a distillation column of the prior art comprising a plurality of vertically spaced trays, one or more packed beds, or a combination of trays and packings. to be. The depropanizer tower is equipped with two parts: any vapor contained in the top feed is separated from its corresponding liquid portion, and the vapors raised from the bottom distillation or depropanate 19b, if any, Top separation device portion 19a in combination with the to form a distillation stream 37 exiting the top of the tower; It comprises a tray and / or packing and consists of a lower depropane plate 19b which provides the requisite contact between the liquid falling down and the vapor rising upwards. The depropane plate 19b also comprises one or more reboilers (reboilers 20), which heat and vaporize a portion of the bottom liquid of the column to produce a stream of liquid product of methane, C 2 and C 3 components ( Provide stripping steam flowing over the column to remove 41). Typical specifications for bottom liquid products have a ratio of propane to butane on a molar basis of 0.020: 1. The liquid product stream 41 exits the bottom of the deethanization apparatus at 141 ° C. [286 ° F.].
오버헤드 증류 스트림(37)은 탈프로판화 장치(19)를 2℃[36℉]로 떠나며, 역류 응축장치(21)의 시판되는 프로판 냉매에 의해 냉각되어 부분적으로 응축된다. 부분적으로 응축된 스트림(37a)은 -17℃[2℉]로 역류 드럼(22)으로 진입하며, 이는 미응축 증기(스트림(43))으로부터 응축된 액체(스트림(44))를 분리한다. 응축된 액체(스트림(44))는 펌프(23)에 의해 역류 스트림(44a)으로서 탈프로판화 장치(19)의 최상부 공급 지점에 퍼올려진다.The overhead distillation stream 37 leaves the depropane platen unit 19 at 2 ° C. [36 ° F.] and is cooled and partially condensed by the commercial propane refrigerant of the countercurrent condenser 21. Partially condensed stream 37a enters countercurrent drum 22 at −17 ° C. [2 ° F.], which separates condensed liquid (stream 44) from uncondensed vapor (stream 43). The condensed liquid (stream 44) is pumped by pump 23 to the top feed point of the depropane platen apparatus 19 as countercurrent stream 44a.
역류 드럼(22)으로부터 미응축 증기(스트림(43))는 열교환기(24)에서 34℃[94℉]로 가온되며, 하나의 부분(스트림(48))은 이후 꺼내어져 플랜트용 연료 가스로서 작용한다. 가온된 증기(스트림(38))의 나머지는 압축 장치(16)에 의해 압축된다. 배출 냉각 장치(25)에서 38℃[100℉]로 냉각된 후, 스트림(38b)은 냉각 증기인 스트림(43)의 교차 교환에 의해 열교환기(24)에서 -9℃[15℉]로 더 냉각된다.Uncondensed steam (stream 43) from countercurrent drum 22 is warmed to 34 ° C. [94 ° F.] in heat exchanger 24, and one portion (stream 48) is then taken out as fuel gas for the plant. Works. The remainder of the warmed vapor (stream 38) is compressed by the compression device 16. After cooling to 38 ° C. [100 ° F.] in the exhaust cooling unit 25, stream 38b is further cooled to −9 ° C. [15 ° F.] in heat exchanger 24 by cross-exchange of stream 43 which is cooling steam. Is cooled.
스트림(38c)은 이후 중간 압력 분리 장치 증기(스트림(42))와 화합하여 냉각 잔류 가스 스트림(49)을 형성한다. 스트림(49)은 이후 열교환기(13)로 진입하며, 전술한 바와 같이 분리 장치 액체(스트림(39a, 33a)) 및 냉매 스트림(71d)에 의해 -39℃[-38℉]로부터 -74℃[-102℉]로 더 냉각된다. 부분적으로 응축된 스트림(49a)은 이후 열교환기(60)로 진입하며, 냉매 스트림(71d)에 의해 응축하여 하여 과냉각하도록 -159℃[-254℉]로 더 냉각되고, 그 후에 기계적 에너지가 스트림으로부터 추출되는 워크 팽창 장치(61)에 진입한다. 장치(61)는 약 4,282kPa(a)[621psia]의 압력으로부터 대기압보다 약간 높은 LNG 저장 압력(107kPa(a)[15.5psia])까지 등엔트로피하게 액체 스트림(49b)을 팽창한다. 워크 팽창은 대략 -159℃[-255℉]의 온도로, 팽창된 스트림(49c)을 냉각하게 되며, 그 후에 LNG 제품(스트림(50))을 담는 LNG 저장 탱크(62)로 보내진다.Stream 38c is then combined with intermediate pressure separator vapor (stream 42) to form a cooling residual gas stream 49. Stream 49 then enters heat exchanger 13 and from -39 [deg.] C. [-38 [deg.] F.] to -74 [deg.] C. by means of separator liquid (streams 39a, 33a) and refrigerant stream 71d as described above. Further cooled to [-102 ° F]. Partially condensed stream 49a then enters heat exchanger 60 and is further cooled to -159 [deg.] C. [-254 [deg.] F.] to condense by refrigerant stream 71d to overcool. Enter the work expansion device 61 extracted from the. Apparatus 61 expands liquid stream 49b isotropically from a pressure of about 4282 kPa (a) [621 psia] to an LNG storage pressure (107 kPa (a) [15.5 psia]) slightly above atmospheric pressure. The work expansion will cool the expanded stream 49c to a temperature of approximately -159 ° C. [-255 ° F.], which is then sent to an LNG storage tank 62 containing the LNG product (stream 50).
도 1, 도 3 및 도 4의 처리와 유사하게, 스트림(49)에 대한 다수의 냉각과 스트림(49a)에 대한 전체 냉각은 폐 사이클 냉각 루프에 의해 제공된다. 도 5 처리의 사이클을 위한 작동유체로 사용된 스트림은 중질 탄화수소로 구성된 나머지와 함께 대략 몰 퍼센트로, 8.9% 질소, 34.3% 메탄, 41.3% 에탄, 및 11.0% 프로판의 조성을 갖는다. 냉매 스트림(71)은 38℃[100℉] 및 4,185kPa(a)[607psia]로 배출 냉각 장치(69)를 떠난다. 스트림은 열교환기(10)로 진입하여 ―34℃[―30℉]로 냉각되며 부분적으로 가온된 팽창된 냉매 스트림(71f)과 다른 냉매 스트림에 의해 부분적으로 응축된다. 도 5의 시뮬레이션에서, 이들 다른 냉매 스트림은 3개의 상이한 온도와 압력 수준으로 시판되는 프로판 냉매로 가정한다. 부분적으로 응축된 냉매 스트림(71a)은 이후 열교환기(13)로 진입하며 부분적으로 가온된 팽창된 냉매 스트림(71e)에 의해 -74℃[-102℉]로 더 냉각되며, 냉매(스트림(71b))를 더 응축한다. 냉매는 전체가 응축되며 이후 팽창된 냉매 스트림(71d)에 의해 열교환기(60)에서 -159℃[-254℉]로 과냉각한다. 과냉각된 액체 스트림(71c)이 워크 팽창 장치(63)에 진입하며, 장치는 약 4,040kPa(a)[586psia]의 압력으로부터 약 234kPa(a)[34psia]의 압력까지 등엔트로피하게 팽창되게 스트림으로부터 기계적 에너지를 추출한다. 팽창된 스트림의 일부분이 증기화되어, ―164℃[―264℉]로 전체 스트림(스트림(71d))이 냉각된다. 팽창된 스트림(71d)은 이후 스트림(49a, 49) 및 증기화되어 과열된 냉매(스트림(71, 71a, 71b))를 냉각하도록 열교환기(60, 13, 10)로 재진입한다.Similar to the processing of FIGS. 1, 3, and 4, multiple cooling for stream 49 and total cooling for stream 49a are provided by a closed cycle cooling loop. The stream used as working fluid for the cycle of the FIG. 5 process has a composition of 8.9% nitrogen, 34.3% methane, 41.3% ethane, and 11.0% propane, in approximately mole percent with the remainder consisting of heavy hydrocarbons. The refrigerant stream 71 leaves the exhaust cooling device 69 at 38 ° C. [100 ° F.] and 4,185 kPa (a) [607 psia]. The stream enters heat exchanger 10 and is cooled to −34 ° C. [−30 ° F.] and partially condensed by the partially warmed expanded refrigerant stream 71f and other refrigerant streams. In the simulation of FIG. 5, these different refrigerant streams are assumed to be propane refrigerants sold at three different temperature and pressure levels. The partially condensed refrigerant stream 71a then enters the heat exchanger 13 and is further cooled to -74 ° C [-102 ° F] by the partially warmed expanded refrigerant stream 71e and the refrigerant (stream 71b). More condensation). The refrigerant is condensed entirely and then subcooled to -159 ° C [-254 ° F] in the heat exchanger 60 by the expanded refrigerant stream 71d. The supercooled liquid stream 71c enters the work expansion device 63, which is expanded from the stream to isentropically expanded from a pressure of about 4,040 kPa (a) [586 psia] to a pressure of about 234 kPa (a) [34 psia]. Extract mechanical energy. A portion of the expanded stream is vaporized to cool the entire stream (stream 71d) to -164 ° C [-264 ° F]. Expanded stream 71d then re-enters heat exchanger 60, 13, 10 to cool streams 49a and 49 and the vaporized superheated refrigerant (streams 71, 71a and 71b).
과열된 냉매 증기(스트림(71g))은 34℃[93℉]로 열교환기를(10) 떠나며, 4,254kPa(a)[617psia]로 3단계 압축된다. 3개의 압축 단계(냉매 압축기(64, 66, 68))의 각각은 추가 동력원에 의해 구동되며 압축열 제거를 위해 냉각 장치(배출 냉각 장치(65, 67, 69))를 따른다. 배출 냉각 장치(69)로부터 압축된 스트림(71)은 열교환기(10)로 복귀하여 사이클을 완료한다.The superheated refrigerant vapor (stream 71g) leaves the heat exchanger 10 at 34 ° C. [93 ° F.] and is compressed in three stages to 4,254 kPa (a) [617 psia]. Each of the three compression stages (refrigerant compressors 64, 66, 68) is driven by an additional power source and follows a cooling device (exhaust cooling devices 65, 67, 69) for the removal of compressed heat. Compressed stream 71 from exhaust cooling apparatus 69 returns to heat exchanger 10 to complete the cycle.
도 5에 나타낸 처리의 스트림 유량 및 에너지 소비에 대한 개요를 하기의 표에서 설명한다.An overview of the stream flow rate and energy consumption of the process shown in FIG. 5 is described in the table below.
표 4Table 4
(도 5)(Figure 5)
스트림 유량 개요- Kg moles/Hr[Lb.Moles/Hr]Stream Flow Rate Overview- Kg moles / Hr [Lb.Moles / Hr]
콘덴세이트*의 회수Recovery of Condensate *
부탄 95.04%Butane 95.04%
펜탄+ 99.57%Pentane + 99.57%
생산율 88,390 Lb/Hr[ 88,390 kg/Hr]Production rate 88,390 Lb / Hr [88,390 kg / Hr]
LNG 제품LNG products
생산율834,183 Lb/Hr[834,183 kg/Hr]Production rate834,183 Lb / Hr [834,183 kg / Hr]
순도* 87.27%Purity * 87.27%
저발열량 1033.8 BTU/SCF[ 38.52 MJ/㎥]Low calorific value 1033.8 BTU / SCF [38.52 MJ / ㎥]
동력power
냉매 압축 84,974 HP[139,696 kW]Refrigerant Compression 84,974 HP [139,696 kW]
프로판 압축 39,439 HP[ 64,837 kW]Propane Compression 39,439 HP [64,837 kW]
총 압축124,413 HP[204,533 kW]Total Compression 124,413 HP [204,533 kW]
부대설비의 열Heat of auxiliary equipment
탈메탄화 장치 리보일러52,913 MBTU/Hr[ 34,182 kW]Demethanizer Reboiler52,913 MBTU / Hr [34,182 kW]
*(정수가 아닌 유량에 기초함)* (Based on flow, not integer)
LNG 생산 플랜트에서 년간 340일 동안 조업을 개시한 것으로 가정하면, 본 발명의 도 5의 실시예의 비동력 소비는 0.238 kW-Hr/kg[0.145 HP-Hr/Lb]이다. 종래 기술의 처리에 비해, 도 5의 실시예는 16% 내지 26%의 효율 개선을 부여한다.Assuming that the LNG production plant started operation for 340 days a year, the non-power consumption of the embodiment of FIG. 5 of the present invention is 0.238 kW-Hr / kg [0.145 HP-Hr / Lb]. Compared to the prior art processing, the embodiment of FIG. 5 gives an efficiency improvement of 16% to 26%.
도 1 및 도 3의 실시예에 비해, 본 발명의 도 5의 실시예에서는 생산된 액체의 단위 유닛당 동력은 약 5% 내지 10% 적게 요구된다. 도 4의 실시예와 비교하여, 본 발명의 도 5의 실시예에서는 생산된 액체의 단위 유닛당 동력과 본질적으로 동일한 동력이 요구된다. 따라서, 부여된 사용 가능한 압축 동력량에서, 도 5의실시예는 콘덴세이트 부산물의 C4와 중질 탄화수소만의 회수에 의해 도 3의 실시예보다 약 10% 더 많은 천연 가스 또는 도 4의 실시예와 동일 량의 천연 가스를 액화할 수 있다. 본 발명의 도 5의 실시예와 도 1, 도 3 또는 도 4의 실시예중 하나 사이의 특별한 적용을 위한 선택은 LNG 제품의 그에 해당하는 가치에 대한 NGL 또는 LPG 제품의 에탄 및 프로판의 금전적인 가치 또는 LNG 제품에 대한 발열량의 사양(도 1, 도 3 및 도 4의 실시예에 의해 생산된 LNG의 발열량이 도 5의 실시예에 의해 생산된 발열량보다 더 낮기 때문) 중 하나에 의해 일반적으로 요구된다.In contrast to the embodiment of FIGS. 1 and 3, the embodiment of FIG. 5 of the present invention requires about 5% to 10% less power per unit of liquid produced. Compared to the embodiment of FIG. 4, the embodiment of FIG. 5 of the present invention requires essentially the same power as the power per unit of liquid produced. Thus, at a given usable amount of compressive power, the embodiment of FIG. 5 is about 10% more natural gas or the embodiment of FIG. 4 than the embodiment of FIG. 3 by recovering only C 4 and heavy hydrocarbons of the condensate by-product. The same amount of natural gas can be liquefied. The choice for a particular application between the embodiment of FIG. 5 and one of the embodiments of FIG. 1, FIG. 3 or FIG. 4 of the present invention is based on the monetary value of ethane and propane of NGL or LPG products over the corresponding value of LNG products. Or as generally required by one of the specifications of the calorific value for the LNG product (since the calorific value of the LNG produced by the embodiment of FIGS. 1, 3 and 4 is lower than the calorific value produced by the embodiment of FIG. 5). do.
다른 실시예Another embodiment
본 발명은 주어진 플랜트의 위치의 요구에 적합하게 NGL 스트림, LPG 스트림, 또는 콘덴세이트 스트림을 공동 생산할 수 있게 모든 형태의 LNG 액화 플랜트에 사용될 수 있다는 것이 숙련공에 의해 인지될 수 있다. 또한, 다양한 처리 구성이 액체 부산물 스트림을 회수하기 위해 채용될 수 있다는 것이 인지될 수 있다. 예컨대, 도 1 및 도 3의 실시예는 제1 실시예 및 제2 실시예에서 전술한 바와 같이 NGL 스트림보다는 오히려 액체 부산물 스트림으로서의 LPG 스트림 또는 콘덴세이트 스트림을 회수하도록 할 수 있다. 도 4의 실시예는 제3 실시예에서 전술한 바와 같이 LPG 부산물을 생산하기보다는 오히려 공급 가스에 존재하는 C2성분의 상당한 분류를 함유하는 NGL 스트림을 회수하거나, 또는 공급 가스에 존재하는 C4성분 및 중질 성분만을 함유하는 콘덴세이트 스트림을 회수하도록 할 수 있다. 도 5의 실시예는 제4 실시예에서 전술한 바와 같이 콘덴세이트 부산물 생산하기보다는 오히려 공급 가스에 존재하는 C2성분의 상당한 분류를 함유하는 NGL 스트림을 회수하거나, 또는 공급 가스에 존재하는 C3성분의 상당한 분류를 함유하는 LPG 스트림을 회수하도록 할 수 있다.It will be appreciated by those skilled in the art that the present invention can be used in any type of LNG liquefaction plant to co-produce NGL streams, LPG streams, or condensate streams to suit the needs of a given plant location. It can also be appreciated that various treatment configurations can be employed to recover the liquid byproduct stream. For example, the embodiments of FIGS. 1 and 3 may allow recovery of LPG streams or condensate streams as liquid by-product streams rather than NGL streams as described above in the first and second embodiments. The embodiment of FIG. 4 recovers an NGL stream containing a significant fraction of the C 2 components present in the feed gas rather than producing LPG by-products as described above in the third embodiment, or C 4 present in the feed gas. It is possible to recover the condensate stream containing only components and heavy components. The embodiment of FIG. 5 recovers an NGL stream containing a significant fraction of the C 2 components present in the feed gas rather than producing condensate by-products as described above in the fourth embodiment, or the C 3 components present in the feed gas. It is possible to recover an LPG stream containing a significant fraction of.
도 1, 도 3, 도 4 및 도 5는 지시된 처리 조건에 대한 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸다. 도 6 내지 도 21은 특정 적용에 대해 고려될 수 있는 본 발명의 선택 실시예를 도시한다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 분리 장치(11)로부터 응축된 액체(스트림(33))의 전부 또는 일부는 열교환기(13)로 유입하는 분리 장치 증기(스트림(34))의 일부와 화합하기보다는 오히려 분리 하부 중간 기둥 공급 위치의 분별증류(fractionation) 타워(19)에 공급될 수 있다. 도 8은 그 비동력 소비가 다소 높을지라도, 도 1 및 도 6의 실시예보다 작은 설비를 요구하는 본 발명의 선택 실시예를 도시한다. 유사하게, 도 9는 높은 비동력 소비 비용으로, 도 3 및 도 7의 실시예보다 작은 설비를 요구하는 본 발명의 선택 실시예를 도시한다. 도 10 내지 도 14는 그 비동력 소비가 높을 수도 있지만, 도 4의 실시예보다 작은 설비를 요구하는 본 발명의 선택 실시예를 도시한다(도 10 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 탈에탄화 장치(19)와 같은 증류 기둥 또는 시스템은 리보일드 흡수 장치 타워 설계 및 역류, 리보일드 타워 설계의 양자를 포함하는 것에 유의한다.). 도 15 및 도 16은 단일 분별증류 기둥(19)이 도 4, 도 10 내지 도 14의 실시예의 분리 장치/흡수 장치 타워(18) 및 탈에탄화 장치(19)의 기능을 겸하는 것을 도시한다. 공급 가스와 공급 가스 압력의 중질 탄화수소의 양에 따라, 열교환기(10)를 떠난냉각된 공급물 스트림(31a)은 어떠한 액체도 포함하지 않을 수도 있으므로(스트림이 이슬점(dew point)을 상위하거나, 또는 최대임계압력(cricondenbar)을 상위하기 때문에), 도 1, 도 3 내지 도 16에 도시된 분리 장치(11)가 필요하지 않으며, 냉각된 공급물 스트림은 워크 팽창 장치(15)와 같은 적절한 팽창장치에 직접 흐를 수 있다.1, 3, 4 and 5 show preferred embodiments of the invention for the indicated processing conditions. 6-21 illustrate alternative embodiments of the invention that may be considered for a particular application. As shown in FIGS. 6 and 7, all or part of the liquid condensed from the separator 11 (stream 33) is part of the separator vapor (stream 34) entering the heat exchanger 13. Rather than compounding with, it may be fed to a fractionation tower 19 at a separate lower intermediate column feed location. FIG. 8 illustrates an alternative embodiment of the present invention that requires less equipment than the embodiment of FIGS. 1 and 6, although its non-power consumption is rather high. Similarly, FIG. 9 shows an alternative embodiment of the present invention that requires less equipment than the embodiment of FIGS. 3 and 7 with high non-power consumption costs. 10-14 illustrate alternative embodiments of the present invention that require less equipment than the embodiment of FIG. 4, although their non-power consumption may be high (de-ethanization, as shown in FIGS. 10-14). Note that a distillation column or system such as device 19 includes both a reboiler absorber tower design and a backflow, reboiled tower design.). 15 and 16 show that a single fractionation column 19 also functions as the separator / absorber tower 18 and deethanization device 19 of the embodiment of FIGS. 4, 10-14. Depending on the amount of heavy hydrocarbons in the feed gas and feed gas pressure, the cooled feed stream 31a leaving the heat exchanger 10 may not contain any liquid (the stream is above the dew point, or Or because of exceeding the maximum critical pressure (cricondenbar)), the separation device 11 shown in FIGS. 1, 3 to 16 is not required, and the cooled feed stream is subjected to a suitable expansion such as the work expansion device 15. Can flow directly to the device.
응축 및 과냉각을 위해 열교환기(60)에 공급되기 이전에, 액체 부산물 스트림의 회수후 남아있는 가스 스트림(도 1, 도 3, 도 6 내지 도 11, 도 13 및 도 14의 스트림(37), 도 4, 도 12, 도 15 및 도 16의 스트림(47), 도 5의 스트림(43))의 배치는 다양한 방식으로 이루어질 수도 있다. 도 1, 도 3 내지 도 16의 처리에서, 스트림은 하나 이상의 워크 팽창 장치로부터 얻은 에너지를 사용하여 고압으로 압축되며, 배출 냉각 장치에서 부분적으로 냉각되고, 이후 원래의 스트림에 의해 교차 교환에 의해 더 냉각된다. 도 17에 도시된 바와 같이, 다수의 적용이 고압으로 스트림을 압축하고, 예컨대 외부 동력원에 의해 구동된 추가 압축 장치(59)를 사용하는 것이 유리할 수도 있다. 도 1, 도 3 내지 도 16의 대쉬선으로 표시된 장비(열교환기(24) 및 배출 냉각 장치(25))에 의해 도시된 바와 같이, 다수의 상황에서는 열교환기(60)에 진입하기 이전에 압축된 스트림의 예비 냉각을 감소시키거나 제거하므로써 설비의 자본 비용(열교환기(60)의 냉각 부하를 증가시키고 냉매 압축기(64, 66, 68)의 동력 소비를 증가시키는 비용)을 감소시키는 것이 유리할 수도 있다. 이러한 경우에, 압축 장치를 떠난 스트림(49a)도 18에 도시된 바와 같이 열교환기(24)에 직접 흐르거나 도 19에 도시된 바와 같이 열교환기(60)에 직접 흐를 수도 있다. 워크 팽창 장치가 고압 공급물 가스의 어떠한 부분도 팽창시키기 위해 사용되지 않는다면, 도 20에 도시된 압축 장치(59)와 같은 외부 동력원에 의해 구동되는 압축 장치는 압축 장치(16) 대신에 사용될 수도 있다. 다른 상황에서는 스트림의 어떠한 압축도 정당화될 수 없으므로, 스트림은 도 21에 도시된 바와 같이 열교환기(60) 및 도 1, 도 3 내지 도 16에서 대쉬선으로 표시된 장비(열교환기(24), 압축 장치(16) 및 배출 냉각 장치(25))에 의해 직접 흐른다. 플랜트 연료 가스(스트림(48))가 꺼내지기 전에 스트림을 가열하는 것이 열교환기(24)에 포함되지 않는다면, 추가 히터(58)가 연료 가스가 소비되기 이전에 도 19 내지 도 21에 도시된 바와 같이 필수 열을 공급하기 위해 부대 설비 스트림 또는 다른 처리 스트림을 사용하여 연료 가스를 데우는데 요구될 수도 있다. 각각의 적용에 일반적으로 평가되어야만 하는 선택 조건은, 가스 소비, 플랜트 크기, 소망하는 부산물 스트림 회수 수준 및 사용 가능한 장비 등의 인자가 모두 고려되어야만 한다.The gas stream remaining after recovery of the liquid by-product stream (stream 37 of FIGS. 1, 3, 6-11, 13 and 14, before being fed to the heat exchanger 60 for condensation and subcooling), The arrangement of the streams 47 of FIGS. 4, 12, 15 and 16 and the stream 43 of FIG. 5 may be made in various ways. 1, 3 to 16, the stream is compressed to high pressure using energy from one or more work expansion devices, partially cooled in an exhaust cooling device, and then further by cross-exchange by the original stream. Is cooled. As shown in FIG. 17, it may be advantageous for many applications to compress the stream at high pressure, for example using an additional compression device 59 driven by an external power source. As shown by the equipment indicated by dashed lines in FIGS. 1, 3 to 16 (heat exchanger 24 and exhaust cooling apparatus 25), in many situations compression before entering heat exchanger 60. It may be advantageous to reduce the capital cost of the installation (increasing the cooling load of the heat exchanger 60 and increasing the power consumption of the refrigerant compressors 64, 66, 68) by reducing or eliminating the precooling of the circulated stream. have. In this case, the stream 49a leaving the compression device may also flow directly to the heat exchanger 24 as shown in 18 or directly to the heat exchanger 60 as shown in FIG. 19. If the work expansion device is not used to inflate any portion of the high pressure feed gas, a compression device driven by an external power source such as the compression device 59 shown in FIG. 20 may be used instead of the compression device 16. . In other situations no compression of the stream can be justified, so that the stream has a heat exchanger 60 as shown in FIG. 21 and equipment indicated by dashed lines in FIGS. 1, 3 to 16 (heat exchanger 24, compression). Directly by the apparatus 16 and the exhaust cooling apparatus 25. If heating the stream before the plant fuel gas (stream 48) is taken out is not included in the heat exchanger 24, an additional heater 58 may be used as shown in FIGS. 19-21 before the fuel gas is consumed. Similarly, it may be required to heat the fuel gas using an auxiliary plant stream or other process stream to provide the necessary heat. The selection conditions that must generally be evaluated for each application must all take into account factors such as gas consumption, plant size, desired by-product stream recovery levels and available equipment.
본 발명에 따라, LNG 생산부에서의 유입 가스 스트림 및 공급물 스트림의 냉각은 다양한 방식에 의해 이루어질 수도 있다. 도 1, 도 3, 도 6 내지 도 9의 처리에서, 유입 가스 스트림(31)이 외부 냉매 스트림 및 분별증류 타워(19)로부터의 타워 액체에 의해 냉각되어 응축된다. 도 4, 도 5, 도 10 내지 도 14에서, 플래쉬된 분리 장치 액체는 외부 냉매 스트림을 따라 이 용도를 위해 사용된다. 도 15 및 도 16에서, 타워 액체 및 플래쉬된 분리 장치 액체는 외부 냉매 스트림을 따라 이 용도를 위해 사용된다. 도 17 내지 도 21에서는, 단지 외부 냉매 스트림만이 유입 가스 스트림(31)을 냉각하기 위해 사용된다. 그러나, 냉각 처리 스트림이 또한 도 4, 도 5, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 고압 냉매(스트림(71a))에 다소의 냉각을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 냉각되는 스트림보다 온도가 더 낮은 어떠한 스트림이 사용될 수도 있다. 예컨대, 분리 장치/흡수 장치 타워(18) 또는 분별증류 타워(19)로부터 증기의 사이드 드로우(side draw)가 꺼내져 냉각에 사용될 수 있다. 열교환 처리를 위한 타워 액체 및/또는 증기의 사용 및 분배, 유입가스 및 공급 가스 냉각을 위한 열교환기의 특정 배치는 특정 열교환 설비에 대한 처리 스트림의 선택뿐만 아니라 각각의 특별한 적용에 대해 평가되어야만 한다. 냉각원의 선택은, 다음으로 한정되는 것은 아니지만, 공급 가스 조성 및 상태, 플랜트 크기, 열교환기 크기, 가능(potential) 냉각원 온도를 포함하는 다수의 인자에 따른다. 상기 냉각원 또는 냉각 방법의 어떠한 조합도 소망하는 공급물 스트림 온도를 얻기 위해 결합하여 채용될 수도 있음이 숙련공에 의해 인지될 것이다.According to the invention, the cooling of the inlet gas stream and the feed stream in the LNG production unit may be accomplished in various ways. In the processing of FIGS. 1, 3, 6-9 the inlet gas stream 31 is cooled and condensed by an external refrigerant stream and tower liquid from the fractionation tower 19. 4, 5, 10-14, flashed separator device liquid is used for this purpose along with the external refrigerant stream. 15 and 16, tower liquid and flashed separator device liquid are used for this purpose along with the external refrigerant stream. In FIGS. 17-21 only external refrigerant streams are used to cool the inlet gas stream 31. However, a cooling treatment stream can also be used to supply some cooling to the high pressure refrigerant (stream 71a) as shown in FIGS. 4, 5, 10 and 11. In addition, any stream having a lower temperature than the stream to be cooled may be used. For example, a side draw of steam may be withdrawn from the separator / absorber tower 18 or fractionation tower 19 and used for cooling. The specific arrangement of heat exchangers for the use and distribution of tower liquids and / or vapors for heat exchange treatment, for cooling the inlet and feed gases, as well as the selection of the treatment stream for a particular heat exchange facility, must be evaluated for each particular application. The choice of cooling source depends on a number of factors including, but not limited to, feed gas composition and condition, plant size, heat exchanger size, and potential cooling source temperature. It will be appreciated by those skilled in the art that any combination of cooling sources or cooling methods may be employed in combination to obtain the desired feed stream temperature.
또한, LNG 생산부로의 유입 가스 스트림 및 공급물 스트림에 공급되는 추가적인 외부 냉각은 다양한 상이한 방법으로 이루어질 수도 있다. 도 1, 도 3 내지 도 21에서, 다중 조성 냉매 스트림의 예비 냉각에 단일 조성 냉매가 사용됨에 의해, 단일 조성 냉매의 보일링(boiling)이 높은 수준의 외부 냉각으로 가정되고, 다중 조성 냉매의 베이퍼라이징(vaporizing)이 낮은 수준의 외부 냉각으로 가정된다. 선택적으로 높은 수준의 냉각과 낮은 수준의 냉각 모두가 연속적인 낮은 끓는점에 의해 단일 조성 냉매를 사용하여(즉, 캐스케이드 냉각)이루어지거나, 연속적인 낮은 증발 압력까지 하나의 단일 조성 냉매를 사용하여 이루어질 수 있다. 다른 선택예로서, 높은 수준 냉각 및 낮은 수준 냉각의 모두는 필수의 냉각 온도를 제공하게 조절된 각각의 조성에 의해 다중 조성 냉매 스트림을 사용하여 이루어질 수 있다. 외부 냉각을 제공하는 방법의 선택은, 다음으로 한정되는 것은 아니지만, 공급 가스 조성, 플랜트 크기, 압축 장치의 구동 장치 크기, 열교환기 크기, 에워싸는 히트 싱크(heat sink) 온도 등을 포함하는 다수의 인자에 따른다. 상기한 외부 냉각을 제공하는 방법의 어떠한 조합이 소망하는 공급물 스트림 온도를 얻기 위해 결합하여 채용될 수도 있다는 것이 숙련공에 의해 인지될 것이다.In addition, additional external cooling to the inlet gas stream and the feed stream to the LNG production unit may be achieved in a variety of different ways. 1, 3 to 21, since the single composition refrigerant is used for the preliminary cooling of the multiple composition refrigerant stream, the boiling of the single composition refrigerant is assumed to be a high level of external cooling, and the vapor of the multi composition refrigerant Vaporizing is assumed to be a low level of external cooling. Optionally, both high and low levels of cooling can be achieved using a single composition refrigerant (ie cascade cooling) by successive low boiling points, or by using a single composition refrigerant up to a continuous low evaporation pressure. have. As another alternative, both high level cooling and low level cooling can be achieved using a multi-component refrigerant stream with each composition adjusted to provide the required cooling temperature. The choice of method of providing external cooling is not limited to the following, including a number of factors including feed gas composition, plant size, drive unit size of the compression device, heat exchanger size, enclosed heat sink temperature, and the like. Follow. It will be appreciated by those skilled in the art that any combination of the methods for providing external cooling described above may be employed in combination to obtain the desired feed stream temperature.
열교환기(60)를 떠난 응축된 액체 스트림(도 1, 도 6 및 도 8의 스트림(49), 도 3, 도 4, 도 7, 도 9 내지 도 16의 스트림(49d), 도 5, 도 19 및 도 20의 스트림(49b), 도 17의 스트림(49e), 도 18의 스트림(49c), 도 21의 스트림(49a))의 과냉각은 LNG 저장 탱크(62)의 작동 압력까지 스트림의 팽창중 발생될 수도 있는 플래쉬 증기의 양을 감소하거나 제거시킨다. 이는 일반적으로 플래쉬 가스 압축에 대한 필요를 제거하므로서 LNG를 생산하기 위한 비동력 소비를 감소시킨다. 그러나, 다수의 상황에서는 열교환기(60)의 크기를 감소시키고 플래쉬 가스 압축 또는 다른 수단을 사용하여 발생될 수도 있는 어떠한 플래쉬를 배치하므로써 설비의 자본 비용을 감소시키는데 유리할 수도 있다.Condensed liquid stream leaving heat exchanger 60 (stream 49 of FIGS. 1, 6, and 8, stream 49d of FIGS. 3, 4, 7, 9-16, and 5, FIG. Subcooling of the stream 49b of FIGS. 19 and 20, the stream 49e of FIG. 17, the stream 49c of FIG. 18, and the stream 49a of FIG. 21) causes the stream to expand to the working pressure of the LNG storage tank 62. Reduce or eliminate the amount of flash steam that may be generated. This generally eliminates the need for flash gas compression, thereby reducing the non-power consumption for producing LNG. However, in many situations it may be advantageous to reduce the capital cost of the installation by reducing the size of the heat exchanger 60 and placing any flash that may be generated using flash gas compression or other means.
개별적인 스트림 팽창이 특별한 팽창 장치에서 도시되고 있지만, 선택적인 팽창 수단이 적절한 곳에 채용될 수도 있다. 예컨대, 대체로 응축된 공급물 스트림(도 1, 도 3, 도 6 및 도 7의 스트림(35a))의 워크 팽창 또는 중간 압력 역류 스트림(도 1, 도 6 및 도 8의 스트림(39))을 필요조건이 보장할 수도 있다. 또한,등엔탈피 플래쉬 팽창이 열교환기(60)를 떠난 과냉각된 액체 스트림(도 1, 도 6 및 도 8의 스트림(49), 도 3, 도 4, 도 7, 도 9 내지 도 16의 스트림(49d), 도 5, 도 19 및 도 20의 스트림(49b), 도 17의 스트림(49e), 도 18의 스트림(49c), 도 21의 스트림(49a))에 대한 워크 팽창 대신에 사용될 수도 있지만, 팽창의 플래쉬 증기 형성을 회피하기 위해 열교환기(60)에서 더 과냉각하거나 아니면 플래쉬 증기 압축을 부가하거나 결과로서 생긴 플래쉬 증기의 배치를 위한 다른 수단을 부가하는 것 중 하나를 필요로 한다. 유사하게, 등엔탈피 플래쉬 팽창은 열교환기(60)를 떠난 과냉각된 고압 냉매 스트림(도 1, 도 3 내지 도 21의 스트림(71c))을 위한 워크 냉각 대신에 사용될 수도 있으며, 그 결과 냉매의 압축에 대한 동력 소비가 증가한다.While individual stream expansions are shown in special expansion devices, optional expansion means may be employed where appropriate. For example, a work expanding or intermediate pressure backflow stream (stream 39 of FIGS. 1, 6, and 8) of a generally condensed feed stream (stream 35a of FIGS. 1, 3, 6, and 7) may be used. Requirements can also be guaranteed. The supercooled liquid stream (stream 49 of FIGS. 1, 6 and 8, streams of FIGS. 3, 4, 7, 9 and 16) in which isoenthalpy flash expansion leaves heat exchanger 60. 49d), stream 49b in FIGS. 5, 19 and 20, stream 49e in FIG. 17, stream 49c in FIG. 18, stream 49a in FIG. In order to avoid flash steam formation of expansion, one would need to either subcool more in the heat exchanger 60 or add flash steam compression or add other means for the placement of the resulting flash steam. Similarly, isoenthalpy flash expansion may be used in place of work cooling for the supercooled high pressure refrigerant stream (stream 71c of FIGS. 1, 3-21) leaving heat exchanger 60, resulting in compression of the refrigerant. Power consumption increases.
본 발명의 바람직한 실시예로 여겨지는 것에 대해 기술하였지만, 예컨대 하기의 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 본 발명의 다양한 조건, 공급 형식, 또는 다른 요구조건을 적용하는 다른 변경 및 또다른 변형이 가능한 것이 숙련공에 의해 인지될 수 있다.While what has been described as what is considered to be a preferred embodiment of the present invention, there are other modifications and variations that apply various conditions, forms of supply, or other requirements of the invention, without departing, for example, from the spirit of the invention as defined by the following claims. Other variations are possible to be appreciated by the skilled artisan.
본 발명에 따라 LNG 액화 처리 내로의 탄화수소 제거 단계를 통합하여 종래 기술의 처리보다 훨씬 더 적은 에너지를 사용하여 LNG 및 분리 중질 탄화수소 액체 제품 모두를 생산할 수 있다.According to the present invention, the hydrocarbon removal step into the LNG liquefaction process can be incorporated to produce both LNG and separated heavy hydrocarbon liquid products using much less energy than prior art processes.
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