KR20050055751A - 천연가스 액화장치와 액화방법 - Google Patents

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폴 알. 한
네드 피. 바우다트
웨슬리 알. 퀄스
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Abstract

천연가스 액화 시스템은 기구적 드라이버와 압축기로 적절한 구조로 이루어진다. 열재생 시스템이 액화 시스템에 이용되어 열효율을 향상시킨다. 또한, 특정한 시동 시스템이 이용된다.

Description

천연가스 액화장치와 액화방법{IMPROVED DRIVER AND COMPRESSOR SYSTEM FOR NATURAL GAS LIQUEFACTION}
본 발명은 천연가스를 액화하는 방법과 장치에 관한 것으로서, 다르게는 케스캐이드-식 천연가스 액화 플랜트용으로 향상된 드라이버와 압축기 구조에 관한 것이다.
천연가스의 극저온 액화는 일상적으로 운반과 저장을 목적으로 천연가스를 보다 유용한 형태로 변환하는 수단으로 이용된다. 그러한 액화는 약 600배 정도로 용량을 감소하여, 거의 대기압 수준에서 저장 및 운반될 수 있는 생성물로 만든다.
용이한 저장을 고려하여, 천연가스는 흔히 공급원으로부터 원거리 시장으로 파이프라인을 통해 전해진다. 대체로 일정한 고하중을 받는 상황에서 파이프라인을 운영하면서, 흔히, 이전에 수요가 파이프라인의 공급능력을 초과하는 동안에는 파이프라인의 공급능력 또는 용량이 수요를 초과하기를 소망하였다. 수요가 공급을 초과할 때에 피크(peak) 또는 공급이 수요를 초과할 때에 밸리(valley)를 깎아내기(shave off) 위해서, 공급이 수요를 초과할 때에 배급하는 방식으로 초과 가스를 저장하기를 소망하였다. 상기와 같은 실시는 미래의 수요 피크가 저장부에서 나오는 물질을 받도록 하는 것이다. 상기와 같이 실시되는 일 실시수단은 저장을 위해 가스를 액화상태로 변환하고 다음, 수요 요청 시에 액체를 기화하는 것이다.
천연가스의 액화는 시장으로부터 상당히 원거리에 떨어져 있는 공급원에서 가스를 운반할 때에 매우 중요한 것이다. 이러한 사실은 특히 운반이 대양 선박에 의해 이루어지는 장소에서 그러하다. 기체상태로의 선박 운반은 일반적으로 가스의 특정 용량을 현저하게 감소하도록 적절한 압축을 요구하기 때문에 실용적이지 않다. 그러한 압축은 비용이 많이 소요되는 저장 컨테이너를 사용하여야 한다.
액체상태로 천연가스를 저장 및 운반하기 위해서는, 천연가스가 양호하게 -151℃ 내지 -162℃(-240℉ 내지 -260℉)으로 냉각되어야 하며, 여기서 LNG는 대기압 정도의 기체압력을 갖는다. 종래기술에서, 가스는 냉각되어 액화온도에 이를때까지 지속적으로 온도가 떨어지는, 가스가 복수의 냉각 단계를 통해 상승된 압력으로 가스가 순차적으로 통과하는 천연가스를 액화시키는 수많은 시스템이 알려져 있다. 냉각작용은 일반적으로, 프로판, 플로필렌, 에탄, 에틸렌, 메탄, 질소 또는 상기 냉각제의 조합물(예, 혼합된 냉동 시스템)과 같은 1개 이상의 냉각제로 열교환을 이루어 달성된다. 본 발명에 특히 적용할 수 있는 액화 방법은, 압축 LNG-함유 스트림이 플래시(flash) 되고 그리고 상기 플래시 기화(예를 들면, 플래시 가스 스트림)가 순차적으로 냉각 작용물로서 이용되고, 재압축되고, 냉각되고, 피처리 천연가스 공급 스트림(processed natural gas feed stream)과 화합되고, 그리고 액화되어, 압축 LNG-함유 스트림을 생산하는, 최종 냉각 사이클의 개방 메탄 사이클을 이용한다.
천연가스 액화 플랜트를 설계할 때에 고려되어야만 하는 5개 핵심적인 경제적 운영요소에는: 1)설비 투자비; 2)운영비; 3)유용성; 4)생산 효율; 및 5)열 효율이 있다. 설비 투자비와 운영비는 프로젝트의 경제적 이행능력을 분석하는데 사용되는 일반적인 재정기준이 된다. 그런데, 유용성, 생산 효율 및, 열 효율은 임의 비율로 임의 양의 제품을 생산하는데 복잡한 장비와 열 에너지를 활용하여 산출하는데 적용되는 일반적이지 않은 용어이다. 천연가스 액화 영역에서, "유용성"은 플랜트가 온라인에 있는 동안 생산되는 LNG의 양은 고려하지 않고, 단순히 플랜트가 온라인에 있을 때(예를 들면, LNG생산)의 시간 양의 크기이다. LNG 플랜트의 "생산 효율"은 플랜트가 온라인에 있으며 전체 설계용량으로 생산되는 시간의 크기이다. LNG플랜트의 "열 효율"은, 임의 양의 LNG를 생산하는데 취해진 에너지 양의 크기이다.
LNG플랜트의 압축기와 기구적 운영체(예를 들면, 가스 터어빈, 증기 터어빈, 전기모터 등)의 구조는, 플랜트의 설비 투자비, 운영비, 유용성, 생산 효율, 및 열 효율에 상당한 영향을 미친다. 일반적으로, LNG플랜트에 압축기와 드라이버의 수가 증가되고, 또한 플랜트의 유용성은 플랜트의 능력으로 인하여 증가하여 좀 더 많은 시간이 온라인을 유지한다. 상기 증가된 유용성은, 냉각 사이클의 압축기가 만일 일 압축기가 다운으로 진행하면 냉각 사이클은 감소된 용량으로 동작을 연속하도록 평행하게 냉각 사이클에 연결되는 "1개 2열(two-trains-in-one)"설계를 통해 제공된다. 많은 "1개 2열"설계에서 필요한 여유분의 조건이 갖는 결점의 하나가 압축기와 드라이버의 수의 증가에 있으며, 이러한 사실은 프로젝트의 설비 투자비의 상승에 있다.
또한, 천연가스 액화 플랜트의 열 효율은 LNG플랜트에서의 임의적인 열-생성부에서 열을 재생하고, 플랜트에서의 열-소비운영부로 회복 열을 전달하여 효율을 증가하는 것으로 알려져 있다. 그런데, 열재생 시스템에 필요한 추가 장비와, 배관과 구조비용이, LNG플랜트의 설비 투자비를 상당히 상승시킨다.
따라서, 명확히 모든 LNG플랜트 설계에서는 설비 투자, 운영비, 유용성, 생산효율, 및 열 효율 간에 균형을 주어야 한다고 알려져 있다. 경제적으로 경쟁이 되는 LNG플랜트를 제공하는데 주요한 요소에는, 설비 투자, 운영비, 유용성, 생산효율, 및 열 효율 간에 최적한 균형을 이루는 설계를 제안하는 것이다.
계속적으로, 설비 투자와 운영비를 최소로 하면서, 유용성, 생산효율, 및 열 효율을 최대로하는 최적한 드라이버와 압축기 구조를 가진 새로운 천연가스 액화 시스템이 나타나기를 기대하고 있다.
또한, 설비 투자 또는 운영비를 약간 추가하면서 열 효율을 상당히 향상시키는 소비열 생성 시스템을 가진 새로운 천연가스 액화 시스템이 제공되기도 기대하고 있다.
상기 기대는 통상적인 것이며, 본 발명은 상기 기대에 한정하지 않고 제공되는 아니다. 본 발명의 다른 목적과 잇점은 명세서 및 도면을 통해 기술한다.
도1은 새로운 드라이버/압축기 구조와 열재생 시스템을 이용하는 LNG생성용 케스캐이드식 냉각공정을 간략하게 나타낸 흐름 다이어그램이다.
도1에 사용된 숫자는 다음과 같이 요약된다.
100-199: 주 메탄 스트림용 도관
200-299: 주 메탄 스트림용 장비와 용기
300-399: 주 프로판 스트림용 도관
400-499: 주 프로판 스트림용 장비와 용기
500-599: 주 에틸렌 스트림용 도관
600-699: 주 에틸렌 스트림용 장비와 용기
700-799: 드라이버와 상관 장비
800-899: 열재생, 스트림 발생, 및 각종 성분용 도관과 장비
본 발명의 일 실시예에서, 천연가스를 액화하는 공정은: (a)제1압축기를 구동하는데 제1가스 터어빈을 사용하여, 제1냉각 사이클의 제1냉각제를 압축하는 단계와; (b)제2압축기를 구동하는데 제2가스 터어빈을 사용하여, 제1냉각 사이클의 제1냉각제를 압축하는 단계와; (c)제3압축기를 구동하는데 제1증기 터어빈을 사용하여, 제2냉각 사이클의 제2냉각제를 압축하는 단계 및; (d)제4압축기를 구동하는데 제2증기 터어빈을 사용하여, 제2냉각 사이클의 제2냉각제를 압축하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 천연가스를 액화하는 공정은: (a)제1압축기와 제2압축기를 구동하는데 제1가스 터어빈을 사용하여, 제1 및 제2압축기 각각에 제1 및 제2냉각제를 압축하는 단계와; (b)제3압축기와 제4압축기를 구동하는데 제2가스 터어빈을 사용하여, 제3 및 제4압축기 각각에 제1 및 제2냉각제를 압축하는 단계와; (c)제1 및 제2가스 터어빈의 적어도 하나에서 나오는 소비 열을 재생하는 단계와; (d)재생 소비 열의 적어도 일 부분을 사용하여 제1증기 터어빈의 파워를 돕는 단계 및; (e)제1증기 터어빈을 사용하여 구동되는 제5압축기에 제3냉각제를 압축하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 천연가스를 액화하는 공정은:(a)제1가스 터어빈에 의해 구동되는 제1압축기에 제1냉각제를 압축하는 단계와; (b)제1가스 터어빈으로부터 나오는 소비 열을 재생하는 단계와; (c)제1가스 터어빈에서 나오는 재생된 소비 열의 적어도 일부를 사용하여 제1증기 터어빈에 파워를 돕는 단계 및; (d)제1증기 터어빈에 의해 구동되는 제2압축기에 제2냉각제를 압축하는 단계를 포함하며, 제2냉각제는 메탄(methane)을 다수 부분(major portion)에서 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 천연가스를 액화하는 공정은:(a)제1냉각제는 프로판, 프로필렌, 및 그 화합물로 구성된 그룹에서 선택된 탄화수소를 다수 부분에서 함유하고, 제1터어빈에 의해 구동되는 제1압축기에 제1냉각제를 압축하는 단계와; (b)제2냉각제는 에탄, 에틸렌, 및 그 화합물로 구성된 그룹에서 선택된 탄화수소를 다수 부분에서 함유하고, 제1터어빈에 의해 구동되는 제2압축기에 제2냉각제를 압축하는 단계와; (c)천연가스를 냉각하는데 제1냉각장치(chiller)에 제1냉각제를 사용하는 단계 및; (d)천연가스를 냉각하는데 제2냉각장치에 제2냉각제를 사용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 천연가스를 액화하는 공정은: (a)천연가스를 냉각하는데 제1냉각제로서 천연가스의 적어도 일 부분을 사용하는 단계와; (b)제1증기 터어빈에 의해 구동되는 제1그룹의 압축기로 제1냉각제의 적어도 일 부분을 압축하는 단계와; (c)제2증기 터어빈에 의해 구동되는 제2그룹의 압축기로 제1냉각제의 적어도 일 부분을 압축하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 천연가스를 액화하는 장치는 다단계에서 천연가스를 냉각하는데 복합 냉각제를 이용한다. 상기 장치는 제1,제2,제3,제4 및 제5압축기, 제1 및 제2가스 터어빈, 제1증기 터어빈, 및 열재생 시스템을 포함한다. 제1 및 제3압축기는 제1냉각제를 압축하도록 동작하고, 제2 및 제4압축기는 제2냉각제를 압축하도록 동작하고, 그리고 제5압축기는 제3냉각제를 압축하도록 동작한다. 제1가스 터어빈은 제1 및 제2압축기를 구동하고, 제2가스 터어빈은 제3 및 제4압축기를 구동하고, 그리고 제1증기 터어빈은 제5압축기를 구동한다. 열재생 시스템은 제1 및 제2가스 터어빈의 적어도 하나에서 나오는 소비 열을 재생하도록 동작하며, 제1증기 터어빈의 파워를 돕는데 재생 소비 열을 이용한다.
본 발명의 부가적인 다른 실시예는 제1냉각제로서 천연가스의 적어도 일부를 이용하는 천연가스를 액화하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 제1 및 제2증기 터어빈과 제1 및 제2그룹의 압축기를 포함한다. 제1그룹의 압축기는 제1증기 터어빈에 의해 구동되고, 제1냉각제의 적어도 일 부분을 압축하도록 동작한다. 제2그룹의 압축기는 제2증기 터어빈에 의해 구동되고 그리고 제1냉각제의 적어도 일부분을 압축하도록 동작한다.
본원에서 용어 개방-사이클 케스캐이드식 냉각공정은 적어도 일 폐쇄 냉각 사이클과 일 개방 냉각 사이클을 포함하는 케스캐이드식 냉각공정을 기준으로 하며, 여기서, 개방 사이클에 이용된 냉각/냉동 작용제의 비등점은 폐쇄 사이클에 이용된 냉동 작용제의 비등점보다 낮고, 압축 개방-사이클 냉동/냉각 작용제를 응축하는 냉각 듀티의 일부분이 1개 이상의 폐쇄 사이클에 의해 제공된다. 본원에서 메탄 또는 우위(predominately) 메탄 스트림은 개방 사이클에 냉동/냉각 작용제로서 이용된다. 이러한 스트림에는 피처리 천연가스 공급 스트림과 압축 개방 메탄 사이클 가스 스트림이 포함된다.
케스캐이드 냉동공정의 설계에는 열역학적 효율과 설비투자비를 균형지게 하는 것이 포함된다. 열전달공정에서, 열역학적 비역행성(thermodynamic irreversibilities)은 가열 유체와 냉각 유체와의 사이에 온도 기울기가 작게되어 감소되지만, 그러나 그러한 작은 온도 기울기의 획득은 일반적으로, 필요한 가열/냉각 듀티가 양쪽 흐름율과 접근 및 배출 온도와 양립할 수 있도록 상기 장비를 통한 다양한 처리장비와 적절한 유량비율의 선택에 대한 대부분의 개조가, 열전달 지역에서 상당히 증가할 것을 주문하다.
천연가스를 액화하는 최상의 능률적인 유효한 수단의 하나는, 팽창식 냉각과 조합된 최적한 케스캐이드식 동작에 의한 것이다. 그러한 액화공정에는, 다단식 프로판 사이클, 다단식 에탄 또는 에틸렌 사이클, 및 개방-단부 메탄 사이클을 통하는 통로에 의해 순차적으로 가스 스트림을 냉각하여 예를 들면 약 4.30MPa(625psia)의 상승된 압력으로 천연가스 스트림을 순차적으로 냉각하는 동작이 포함되며, 상기 개방-단부 메탄 사이클(open-end methane cycle)은 메탄원으로 공급가스의 일부를 활용하며 다단계 팽창 사이클을 안에 구비하여 동일물을 더욱 냉각하여 압력을 대기압에 가까운 압력으로 저하시킨다. 냉각 사이클 순서에서, 최고 높은 비등점을 가진 냉각제가 중간 비등점을 가진 냉각제가 뒤따르도록 먼저 활용되고, 최종적으로 최저 비등점을 가진 냉각제가 활용된다. 본원에서 사용되는 바로서, 용어 "프로판 냉각장치"는 프로판 또는 프로필렌의 비등점과 같거나 유사한 비등점을 가진 냉각제를 이용하는 냉각 시스템을 지시한다. 본원에서 사용되는 바로서, 용어 "에틸렌 냉각장치"는 에탄 또는 에틸렌의 비등점과 같거나 유사한 비등점을 가진 냉각제를 이용하는 냉각 시스템을 지시한다. 본원에서 사용되는 바로서, 용어 "상류흐름(upstream)"과 "하류흐름(downstream)"은 플랜트를 통한 천연가스의 유로를 따라서 천연가스 액화 플랜트의 각종 성분의 상관 위치를 기술하는데 사용된 것이다.
다양한 예비 처리단계는, 설비에 전달되는 천연가스 공급 스트림으로부터 나오는 산성 가스, 메르캅탄, 수은 및 습기와 같은 바람직하지 않은 성분을 제거하는 수단을 제공한다. 이러한 가스 스트림의 화합물은 매우 가변적인 것이다. 본원에서 사용되는 바로서, 천연가스 스트림은 천연가스 공급 스트립에서 대부분 나오는 메탄을 기본적으로 포함하는 임의적인 스트림이고, 그러한 공급 스트림은 예를 들어, 에탄, 고 탄화수소, 질소, 이산화탄소, 그리고 수은, 황화수소, 및 메르캅틴과 같은 소량의 다른 오염물질로 이루어진 평형물을 함유한, 예를 들어 적어도 85체적%의 메탄을 함유한 것이다. 예비 처리단계는 냉각 사이클의 상류흐름부 또는 초기 사이클에서 초기 냉각동작의 하나의 하류흐름부의 어느 한 곳에 위치한 분리 단계이다. 당 기술분야의 기술인이 용이하게 실시할 수 있는 활용가능한 몇몇 수단의 포함되지 않은 리스트가 따른다. 산성가스와 소량 범위의 메르캅틴은 수성 아민-함유 용액을 이용하는 수착공정(sorption process)에 의해 정해진 순서대로 제거된다. 이러한 처리단계는 일반적으로 초기 사이클에서 냉각 단계의 상류흐름으로 이행된다. 대부분의 물은 가스 압축에 따르는 2상 기체-액체 분리에 의해 액체로서 정해진 순서대로 제거되어, 초기 냉각 사이클의 상류를 냉각하고 그리고 초기 냉각 사이클에 제1냉각단계의 하류도 냉각한다. 수은(mercury)은 수은 솔벤트 베드에 의해 순서에 따라 제거된다. 물과 산성가스의 잔량은 재생할 수 있는 분자 시브(sieves)와 같은 적절히 선택된 솔벤트 베드를 사용하여 일반적으로 제거된다.
일반적으로, 예비 처리된 천연가스 공급 스트림은 상승된 압력에서 액화 공정으로 배급되거나, 또는 3.44MPa(500psia)보다 큰 압력, 양호하게는 약 3.44MPa 내지 약 6.20MPa(약 500psia 내지 약 900psia)의 압력, 보다 양호하게는 약 3.44MPa 내지 약 4.65MPa(약 500psia 내지 약 675psia)의 압력, 보다 더욱 양호하게는 약 4.13MPa 내지 약 4.65MPa(약 600psia 내지 약 675psia)의 압력, 그리고 가장 양호하게는 약 4.30MPa(약 625psia)의 압력으로 있는, 상승 압력까지 압축된다. 스트림 온도는 일반적으로 주변과 근사한 온도에서 주변보다 약간 높은 온도이다. 대표적인 온도 범위는 15.5℃ 내지 58.8℃(60℉ 내지 138℉)이다.
상술한 바와 같이, 천연가스 공급 스트림은 복수의 냉각제, 양호하게는 3개 냉각제로 직접적인 열교환에 의해 복수의 다단계(예, 3개) 사이클 또는 일 단계에서 냉각된다. 주어진 사이클의 전체 냉각효율은 단계 수의 증가로 향상되지만 이러한 효율면에서의 증가는 대응하여 순 설비투자비의 상승과 공정의 복잡성을 동반한다. 공급가스는 양호하게 효율적인 수의 냉동단계를 통해 지나가는데, 상당히 높은 비등 냉각제를 활용하는 제1폐쇄 냉동 사이클에서는 보통은 2단계이고, 양호하게는 2 내지 4, 그리고 보다 양호하게는 3단계이다. 상기 냉각제는 양호하게 대부분에서, 프로판, 프로필렌 또는 그 혼합물을 포함하고, 더욱 양호하게는 냉각제는 적어도 약 75몰% 프로판, 보다 더욱 양호하게는 적어도 90몰% 프로판, 그리고 가장 양호하게는 냉각제는 프로판이 기본적으로 구성한 것이다. 따라서, 피처리 공급 가스는, 낮은 비등점을 가진 냉각제와 열교환하는 제2폐쇄 냉동 사이클에서 유효한 수의 단계, 보통은 2개, 양호하게는 2개 내지 4개, 그리고 보다 양호하게는 2개 또는 3개의 단계를 통해 흐른다. 그러한 냉각제는 양호하게 다수부에서 에탄, 에틸렌, 또는 그 혼합물을 함유하고, 보다 양호하게는 냉각제는 적어도 약 75몰% 에틸렌, 보다 더욱 양호하게는 적어도 90몰% 에틸렌을 함유하고, 그리고 가장 양호하게는 냉각제는 에틸렌을 기본적으로 구성하는 것이다. 각각의 냉각 단계는 분리된 냉각지대를 포함한다. 상술된 바와 같이, 피처리 천연가스 공급 스트림은 제2사이클에서의 다양한 구역에서 1개 이상의 재생사이클 스트림(예를 들면, 압축 개방 메탄 사이클 가스 스트림)과 합쳐져서, 액화 스트림을 생성한다. 제2냉각 사이클의 최종 단계에서, 액화 스트림은 다수부에서, 양호하게는 그 전체지역에서 응축(예를 들면, 액화)되어 압축 LNG함유 스트림을 생성한다. 일반적으로, 이러한 구역에서의 처리압력은 제1사이클의 제1단계에 대한 예비처리된 공급가스의 압력보다 약간 더 낮을 뿐이다.
일반적으로, 천연가스 공급 스트림은 1개 이상의 냉각 단계에서 C2+리치 액체의 형성의 결과로서 상기와 같이 다량의 C2+성분을 함유한다. 이러한 액체는 가스-액체 분리수단, 양호하게는 1개 이상의 종래 가스-액체 분리기에 의해 제거된다. 일반적으로, 각 단계에서의 천연가스의 순차적인 냉각동작은 가능한 가스에서 C2와 고분자 중량 탄화수소 만큼 제거하도록 제어되어, 메탄에서 주요한 가스 스트림 및 상당량의 에탄과 중량 성분(heavier components)을 함유한 액체 스트림을 생성한다. 유효한 수의 가스/액체 분리수단은 C2+성분에 리치 액체 스트림의 제거를 위한 냉각 지대의 전략구역 하류에 위치된다. 정확한 구역과 가스/액체 분리수단, 양호하게는 종래 가스/액체 분리기의 수는 천연가스 공급 스트림의 C2+합성물, LNG제품의 소망 BTU내용물, 다른 인가용의 C2+의 성분의 값 및, LNG플랜트와 가스 플랜트 운용기술에서의 기술인에 의해 일상적으로 고려되는 다른 요소와 같은 다수의 운영 매개변수가 따른다. C2+탄화수소 스트림(들)은 단일 단계 플래시 또는 분별증류 칼럼에 의해 정해진다. 분별증류 칼럼의 경우에, 최종 메탄-리치 스트림은 액화공정으로 압력을 받아 바로 복귀된다. 단일 단계 플래시의 경우에는, 상기 메탄-리치 스트림이 재가압되어 연료가스로서 재순환하거나 사용된다. C2+탄화수소 스트림(들)이 연료로서 사용되거나 또는 특정한 화학적 구성물질(예, C2,C3+,C4+,C5+)에서 개별적인 스트림 리치를 생성하도록 1개 이상의 분별증류 지대에서의 분별증류로 부가적으로 처리된다.
다음, 압축 LNG함유 스트림이, 후술되는 방식으로 이러한 제3사이클에서 발생되는 플래시 가스(예를 들면, 플래시 가스 스트림)와 메인 메탄 절약기(main methane economizer)의 접촉에 의해 그리고 대기압에 가까운 압축 LNG-함유 스트림의 팽창에 의해 개방 메탄 사이클로 언급되는 제3사이클 또는 단계에서 더욱 냉각된다. 제3냉동 사이클에서의 냉가제로서 사용되는 플래시 가스가 양호하게, 다수부에서 메탄에 양호하게 함유되고, 보다 양호하게는 냉각제가 적어도 약 75몰% 메탄을 함유하고, 더욱 양호하게는 적어도 90몰%메탄을 함유하고, 가장 양호하게는 상기 냉각제는 기본적으로 메탄을 구성하는 것이다. 대기압 근처로 압축 LNG-함유 스트림이 팽창하는 중에, 압축 LNG함유 스트림이 적어도 1개, 양호하게는 2개 내지 4개로, 보다 양호하게는 3개의 팽창부를 경유하여 냉각되며, 각 팽창부는 줄-톰슨 팽창 밸브(Joule-Thomson expansion valve) 또는 유압 팽창기의 어느 하나의 압력감소수단으로 이용된다. 상기 팽창은 분리기에 의한 가스-액체 생성물 분리에 따르게 된다. 유압 팽창기를 이용하여 적절하게 운영할 때에, 파워 재생과 상관된 큰 효율과, 스트림 온도의 큰 감소 및 플래시 단계 중에 덜한 증기 생성물은 흔히, 팽창기와 상관된 보다 비용이 많이 드는 설비투자비와 운영비용을 보다 많이 차감할 것이다. 일 실시예에서, 플래시 동작에 앞서 압축 LNG-함유 스트림에 더해진 냉각동작은 가능한, 1개 이상의 유압 팽창기에 의한 이러한 스트림의 일 부분을 먼저 플래시하고, 다음 플래시 도착에 앞서 압축 LNG-함유 스트림의 잔류부를 냉각하도록 상기 플래시 가스 스트림을 이용하는 간접 열 교환수단으로 하게 된다. 다음, 이러한 온난한 플래시 가스 스트림은 개방 메탄 사이클에서 온도와 압력조건에 기본한 적절한 구역으로 복귀하여 재순환되어, 재압축될 것이다.
제3사이클에 유입되는 압축 LNG-함유 스트림, 양호하게는 액체 스트림이 약 3.79MPa - 4.48MPa(약 550 - 650psia)이면, 3개 단계 플래시 공정의 대표적인 플래시 압력은 약 1,171 - 1,447(170 - 210), 310 - 517(45 -75), 및 68.9 - 276(10 - 40)kPa(psia)이다. 대기압에 가까운 압축 LNG함유 스트림, 양호하게는 액체 스트림의 플래시 동작은 약 -151℃ 내지 -162℃(약 -240℉ 내지 -260℉)의 온도를 가진 LNG생성물을 생성한다.
캐스케이스 공정은 천연가스 스트림으로부터 냉각제로 열 에너지를 전달하여, 궁극적으로는, 상기 열 에너지를 대기로 전달하는 1개 이상의 냉각제를 사용한다. 기본적으로, 전체 냉동 시스템은, 스트림이 점진적으로 낮은 온도로 냉각되어 천연가스 스트림으로부터 열 에너지를 제거하여 열 펌프로서 기능을 한다.
액화공정은 다음을 포함하지만 이러한 사실을 한정하는 것이 아닌 것으로서, (a)간접 열 교환기, (b)기화상태, 및 (c)팽창 또는 압축 감소를 포함한다. 본원에 사용된 간접 열 교환기는 냉각제가 기질을 냉동 작용제와 기질 사이에 실질적인 물리적 접촉이 없이 냉각되어 차갑게 되는 공정을 기준으로 한다. 특정 예의 간접 열 교환기 수단은 셀-튜브 열 교환기, 코어-인-케틀(kettle) 열 교환기, 및 황동 알루미늄 평판-핀 열교환기에서 받게되는 열 교환기를 구비한다. 냉각되는 기질과 냉각제의 물리적 상태는 선택된 열 교환기 타입과 시스템의 수요에 따라 변경할 수 있다. 따라서, 셀-튜브 열 교환기는 일반적으로, 냉동 작용제가 액체 상태에 있으며 냉각되는 기질은 액체 또는 기체상태인 것에서, 또는 상기 기질의 하나가 상 변화를 받게되고 공정조건이 코어-인-케틀 열 교환기의 사용을 선호하지 않을 때에, 활용된다. 예를 들면, 알루미늄 및 알루미늄 합금은 코어용으로 양호한 구조 물질이지만, 상기 물질이 설계된 공정조건에서 사용하기에 적합하지 않을 수 있다. 평판-핀 열 교환기는 냉각제가 기체상태에 있고 냉각되는 기질이 액체 또는 기체상태로 있는 곳에서 일반적으로 활용된다. 마지막으로, 코어-인-케틀 열 교환기가 냉각되는 기질이 액체 또는 기체이고 그리고 상기 내각제가 열 교환 중에 액체 상태에서 기체 상태로 상 변화를 받는 곳에서 활용된다.
증발 냉각동작은 일정한 압력에서 유지된 시스템으로 기질의 일부분을 증발 또는 기화하여 기질을 냉각하는 작용을 기준으로 한다. 따라서, 기화 중에, 액체상태로 남아 있는 기질부분에서 흡수 열을 증발하는 기질 부분은 액체 부분을 냉각한다.
결국적으로, 팽창 또는 압축 저하 냉각동작은 가스, 액체 또는 2개-상 시스템의 압력이 압력 감소수단을 통해 지나가 감소될 때에 발생하는 냉각작용으로 한다. 일 실시예에서, 이러한 팽창 수단은 줄-톰슨 팽창 밸브이다. 다른 실시예에서, 상기 팽창수단은 유압 또는 가스 팽창기의 어느 하나이다. 팽창기가 팽창공정에서 작업 에너지를 재생하기 때문에, 보다 낮은 공정 스트림 온도가 팽창 시에 가능하다.
도1에 개략적으로 나타낸 흐름도와 장치는 개량된 액화공정의 양호한 실시예이다. 당분야의 기술인은 도1이 개략적으로 도시한 것이며, 따라서 운영을 성공적으로 하기 위한 상용 플랜트에 필요가 있는 많은 장비 아이템이 명확한 도시를 위해 생략되어져 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러한 아이템으로는, 예를 들어 압축기 제어부, 흐름 및 레벨 측정 및 대응 컨트롤러, 온도와 압력 제어부, 펌프, 모터, 필터, 부가적 열 교환기, 및 밸브 등이 포함된다. 상기 아이템은 표준 공학기술 실시에 따라서 제공된다.
도1의 이해를 용이하게 하기 위해서, 첨부 번호를 이용한 도면 번호가 이용된다. 아이템에 부여된 번호(100-199)는 주로 메탄을 함유한 흐름 라인 또는 도관에 대응한다. 아이템에 부여된 번호(200-299)는 주로 메탄을 함유한 흐름 라인 또는 도관에 대응한다. 아이템에 부여된 번호(300-399)는 주로 프로판을 함유한 흐름 라인 또는 도관에 대응한다. 아이템에 부여된 번호(400-499)는 주로 프로판을 함유한 유체 스트림을 함유하거나/동작하는 공정 용기와 장비이다. 아이템에 부여된 번호(500-599)는 주로 에틸렌을 함유한 흐름 라인 또는 도관에 대응한다. 아이템에 부여된 번호(600-699)는 주로 에틸렌을 유체 스트림에 함유하거나/동작하는 공정 용기와 장비이다. 아이템에 부여된 번호(700-799)는 기구적 드라이버이다. 아이템에 부여된 번호(800-899)는 열재생 시스템, 증기 발생, 또는 도1에 설명된 시스템의 다른 각종 성분과 상관된 도관 또는 장비이다.
도1을 참고로 설명하면, 상술된 천연가스 공급 스트림은 천연가스 파이프라인으로부터 도관(100)에 유입된다. 유입구 압축기(202)에서는, 천연가스가 압축되고 공기는 천연가스 유출 압축기(202)가 일반적으로 약 3.44MPa 내지 약 5.51MPa(약 500psia 내지 약 800psia) 범위의 압력을 가지고 그리고 약 23.8℃ 내지 약 79.4℃(약 75℉ 내지 약 175℉) 범위의 온도를 가지도록 냉각된다. 다음, 천연가스는 도관(102)에 의해 산성가스 제거 유닛(204)으로 흐른다. 양호하게, 산성가스 제거 유닛(204)은 아민 용매(예, 디그리콜 아민:Diglycol Amine)를 이용하여 CO2와 H2S와 같은 산성 가스를 제거한다. 산성 가스를 제거한 후에, 천연가스는 도관(104)을 경유하여, 천연가스에서 모든 물을 대체로 제거하도록 작동할 수 있는 탈수 유닛(206)으로 전달된다. 탈수 유닛(206)은 양호하게 천연가스를 건조시키기 위한 복합-베드 재생가능한 분자 시브(sieve) 시스템을 이용한다. 다음, 건조 천연가스가 도관(106)을 경유하여 수은 제거 시스템(208)으로 지나가게 된다. 수은 제거 시스템(208)은 양호하게, 황 주입된 활성 탄소를 함유한 적어도 일 고정 베드 용기를 이용하여, 천연가스로부터 수은을 제거한다. 생성한 예비 처리된 천연가스는 도관(108)을 통해서 액화 시스템에 도입된다.
제1냉동 사이클의 부분으로, 기체의 프로판은 각각 제1 및 제2가스 터어빈 드라이버(700,702)에 의해 구동되는 제1 및 제2다단계 프로판 압축기(400,402)에서 압축된다. 단일 드라이버에 의해 구동되도록 함께 기구적으로 결합된 분리 유닛이 이용되더라도, 압축의 3개 단계가 양호하게 단일 유닛(예를 들면, 몸체)에 의해 제공된다. 압축 시에, 제1 및 제2프로판 압축기(400,402)에서 나오는 압축 프로판이 공통 도관(304)으로 각각 도관(300,302)을 경유하여 전도된다. 다음, 압축 프로판은 공통 도관(304)을 통해 쿨러(404)를 지나간다. 쿨러(404)의 하류에 바로 있는 액화 프로판의 압력과 온도는 양호하게 약 37.7-54.4℃(약 100-130℉)와 1.17-1.45MPa(170-210psia)이다. 도1에서 설명되지 않았을 지라도, 양호하게 분리 용기는 액화 프로판에서 잔류 라이트 성분의 제거를 위해 팽창 밸브(406)의 업스트림과 쿨러(404)의 하류에 배치된다. 상기 용기에는 단일-단계 가스 액체 분리기가 포함되거나 또는 어큐뮤레이터 섹션, 콘덴서 섹션, 및 압소버 섹션이 포함되고, 뒤에 2개 섹션은 프로판에서 잔류 라이트 성분을 제거하기 위해 연속적으로 작동되거나 주기적으로 온-라인으로 전해진다. 이러한 경우에서, 쿨러(404)로부터의 스트림 또는 이러한 용기로부터의 스트림이 팽창 밸브(406)와 같은 압력저하수단으로 도관(306)을 통해 지나가고, 여기서 액화 프로판의 압력이 감소되어 그 일부분이 증발하거나 플래시 된다. 다음, 생성된 2-상 생성물은, 도관(158)에 의해 유입된 기체 메탄 냉각제와, 도관(108)을 경유하여 유입 공급된 천연가스 및, 간접 열교환 수단(239,210)에 의해 도관(506)을 경유하여 유입된 기체 에틸렌 냉각제의 간접적인 열 교환을 위해 고-단계 프로판 냉각장치(408) 내로 도관(308)을 통해 흘러서, 도관(160,110,312)을 경유하여 각각 전달된 냉각 가스 스트림을 생성한다.
냉각장치(408)로부터 나오는 플래시 프로판 가스는 도관(310)을 통해 제1 및 제2프로판 압축기(400,402)의 고 단계 유입구로 복귀된다. 잔류 액체 프로판은 도관(312)을 통해 지나가고, 압력이 팽창 밸브(410)로서 설명된 압력감소수단을 통하는 통로에 의해 더욱 낮아지며, 이때 액화 프로판의 추가 부분은 플래시 된다. 다음, 생성된 2-상 스트림이 도관(314)을 통해 중간-단계 프로판 냉각장치(412)에 공급되어, 냉각장치(412)용 냉각제를 제공한다.
고-단계 프로판 냉각장치(408)에서 나오는 냉각된 천연가스 공급 스트림은 녹아웃(knock-out) 용기(210)로 도관(110)을 경유하여 흐르며, 여기서 가스와 액체 상은 분리된다. C3+성분에서 농후하게 있는 액체 상은 도관(112)에 의해 제거된다. 기체 상은 도관(114)에 의해 제거되어, 중간-단계 프로판 냉각장치(412)로 전달된다. 에틸렌 냉각제는 도관(508)을 경유하여 냉각장치(412)로 도입된다. 냉각장치(412)에서, 피처리 천연가스 스트림과 에틸렌 냉각제 스트림은 각각, 간접 열교환수단(214,608)을 경유하여 냉각되어서, 냉각된 피처리 천연가스 스트림과 도관(116,510)에 의한 에틸렌 냉각제 스트림을 생성한다. 따라서, 프로판 냉각제의 증발 부분이 분리되어, 프로판 압축기(400,402)의 중간-단계 유입구로 도관(316)을 통해 지나간다. 액체 프로판은 도관(318)을 통해 지나가고, 압력은 팽창 밸브(414)로 설명된 압력감소수단을 통하는 통로에 의해 더욱 낮아지며, 그 결과 액화 프로판의 추가 부분이 플래시 된다. 다음, 생성된 2-상 스트림이 도관(320)을 통해 저-단계 프로판 냉각장치/콘덴서(416)로 공급되고, 냉각장치(416)에 냉각제를 제공한다.
도1에 설명된 바와 같이, 냉각 피처리 천연가스 스트림은 중간-단계 프로판 냉각장치(412)에서 저-단계 프로판 냉각장치/콘덴서(416)로 도관(116)을 경유하여 흘러간다. 유사한 방식으로, 에틸렌 냉각제 스트림은 도관(510)을 경유하여 저-단계 프로판 냉각장치/콘덴서(416)로 중간-단계 프로판 냉각장치(412)로부터 흘러간다. 후자에서는, 에틸렌-냉각제가 거의 전체적으로 간접 열교환 수단(610)에 의해 응축된다. 기화 프로판은 저-단계 프로판 냉각장치/콘덴서(416)에서 제거되어, 도관(322)을 경유하여 프로판 압축기(400,402)의 저-단계 유입구로 복귀된다. 도1이 동일한 용기에서 발생하도록 도관(116,510)에 의해 제공된 스트림의 냉각동작을 설명하였지만, 스트림(116)의 냉각동작(chilling)과 스트림(510)의 응축동작(condensing)은 각각 분리 공정 용기(예, 각각 분리 냉각장치와 분리 콘덴서)에서 발생할 것이다.
도1에서 설명된 바와 같이, 냉각 압축 개방 메탄 사이클 가스 스트림의 일부분이 도관(118)에 의해 저-단계 프로판 냉각장치/콘덴서(416)를 빠져나오는 피처리 천연가스 공급 스트림과 결합된 도관(162)에 의해 제공되어, 액화 스트림을 형성하고, 이러한 스트림은 도관(120)에 의해 고-단계 에틸렌 냉각장치(618)에 유입된다. 에틸렌 냉각제는 도관(512)에 의해 저-단계 프로판 냉각장치/콘덴서(416)를 빠져나가서, 라이트(light) 성분이 도관(513)에 의해 제거되고 응축 에틸렌은 도관(514)에 의해 제거되는 분리 용기(612)로 공급된다. 분리 용기(612)는 액화 프로판 냉각제로부터 라이트 성분을 제거하는 상술된 초기 용기와 유사한 것이고, 시스템에서 제거된 라이트 성분의 상당한 선택성을 초래하는 단일 단계 가스/액체 분리기 또는 다단계 조작부이다. 상기 공정에서 이러한 구역에 에틸렌 냉각제는 일반적으로 약 1.86MPa 내지 약 2.07MPa(약 270psia 내지 약 300psia) 범위의 압력과 약 -26 내지 약 -34.4℃(약 -15℉ 내지 약 -30℉) 범위의 온도에 있다. 다음, 도관(514)을 경유하는 에틸렌 냉각제는 메인 에틸렌 절약기(690)로 흐르며, 여기서 간접 열교환수단(614)에 의해 냉각되어 도관(516)에 의해 제거되어, 팽창 밸브(616)와 같은 압력감소수단을 지나가서, 냉각제는 예비 선택된 온도와 압력으로 플래시되어, 도관(518)에 의해 고-단계 에틸렌 냉각장치(618)로 공급된다. 기체는 도관(520)을 경유하여 냉각장치로부터 제거되어, 메인 에틸렌 절약기(690)로 보내지며, 여기서 상기 기체는 간접 열교환수단(619)에 의해 냉각제로서의 기능을 한다. 다음, 에틸렌 기체는 도관(522)을 경유하여 에틸렌 절약기(69)에서 제거되어, 제1 및 제2에틸렌 압축기(600,602)의 고-단계 유입구로 공급된다. 고-단계 에틸렌 냉각장치(618)에서 증발되지 않은 에틸렌 냉각제는 도관(524)에 의해 제거되어, 도관(526)에 의해 에틸렌 절약기(690)에서 제거되어, 팽창 밸브(622)로서 설명된 압력감소수단에서 플래시 되며, 그 결과 생성된 2-상 생성물이 도관(528)에 의해 저-단계 에틸렌 냉각장치(624)에 유입된다. 액화 스트림은 도관(122)에 의해 고-단계 에틸렌 냉각장치(618)로부터 제거되어, 저-단계 에틸렌 냉각장치(624)로 직접 공급되며, 여기서 간접 열교환 수단(220)에 의해 추가 냉각작용과 부분적 응축을 받게 된다. 다음, 생성 2-상 스트림은, 도관(128)을 경유하는 메탄-리치 기체 스트림과, 도관(126)을 경유하여 용기(224) 내에서 순차적으로 플래시 되거나 분별 증류되어 헤비 스트림을 도관(132)을 경유하여 생성하는 C2+성분이 풍부한 액체 스트림과, 도관(164)을 경유하여 전달되는 제2메탄-리치 스트림을 생성하는 2개-상 분리기(222)로 흐르며, 도관(150)을 경유하는 제2스트림과 결합한 후에, 고-단계 메탄 압축기(234,236)로 공급된다.
도관(128) 내의 스트림과, 도관(129)에 의해 제공되는 냉각 압축 개방 메탄 사이클 가스 스트림은 저-단계 에틸렌 콘덴서(628)와 결합되어 도관(130)에 의해 공급되며, 이러한 스트림은 도관(532)을 경유하여 저-단계 에틸렌 콘덴서(628)와 통하는 저-단계 에틸렌 냉각장치(624)에서 나오는 액체 유출물과 간접 열교환수단(226)에 의해 교환된다. 콘덴서(628)에서, 응축되어, 도관(134)을 경유하여 콘덴서(628)로부터 생성된 결합 스트림은 압축 LNG-함유 스트림이다. 도관(530)을 경유하는 저-단계 에틸렌 냉각장치(624)로부터 나오고, 도관(534)을 경유하여 저-단계 에틸렌 콘덴서(628)에서 나오는 기체는, 결합되어 도관(536)을 경유하여, 기체가 간접 열교환수단(630)에 의한 냉각제로서 기능을 하는 메인 에틸렌 절약기(690)로 보내진다. 다음, 상기 스트림은 메인 에틸렌 절약기(690)로부터 에틸렌 압축기(600,602)의 저-단계 유입구로 도관(538)을 경유하여 보내진다. 도1에서 볼 수 있는 바와 같이, 압축기(600,602)의 저-단계 유입구를 경유하여 도입되는 기체에서 나오는 압축기 유출물은 제거되어, 중간-단계 쿨러(640,642)에 의해 냉각되어, 도관(522)에 있는 고-단계 스트림에 분사되기 위해 에틸렌 압축기(600,602)로 복귀된다. 양호하게, 2개 단계는, 이들이 각각 공통 드라이버에 기구적으로 결합된 모듈과 분리 모듈이기는 하지만, 단일 모듈인 것이다. 에틸렌 압축기(600,602)에서 나온 압축 에틸렌 생성물은 도관(500,502)을 경유하여 공통 도관(504)으로 보내진다. 다음, 압축 에틸렌은 공통 도관(504)을 경유하여 하류 쿨러(604)로 전해진다. 쿨러(604)에서 나오는 생성물은 도관(506)을 경유하여 흐르며, 상술한 바와 같이 고-단계 프로판 냉각장치(408)로 도입된다.
압축 LNG-함유 스트림, 양호하게는 도관(134) 내에서 그 전체가 액체 스트림은 일반적으로 약 4.14MPa 내지 약 4.34MPa(약 600psia 내지 약 630psia) 범위의 압력과 약 -95.5 내지 약 -78.8℃(약 -140℉ 내지 약 -110℉) 범위의 온도에 있다. 이러한 스트림은 도관(134)을 경유하여, 스트림이 이하에 설명되는 바와 같이 간접 열교환수단(228)에 의해 부가적으로 냉각되는 메인 메탄 절약기(290)를 통해 지나간다. 메인 메탄 절약기(290)로부터, 압축 LNG-함유 스트림이 도관(136)을 통해 지나가고, 그리고 그 압력은, 가스 스트림의 일부분을 증발 또는 플래시하여 플래시 가스 스트림을 발생하는, 팽창 밸브(229)로서 설명되는 압력감소수단에 의해 낮아진다. 다음, 플래시 스트림은 도관(166)을 통해 방출되는 액체 상 스트림(예를 들면, 압축 LNG 함유 스트림)과 도관(140)을 통해 방출되는 플래시 가스 스트림으로 분할되는 고-단계 메탄 플래시 드럼(230)으로 지나가게 한다. 다음, 플래시 가스 스트림은, 스트림이 간접 열교환수단(232)에 의해 냉각제로서 기능을 하는 도관(140)을 경유하여 메인 메탄 절약기(290)로 전송된다. 플래시 가스 스트림(예, 따뜻한 플래시 가스 스트림)은 도관(164)에 의해 전달되는 가스 스트림과 결합되는 도관(150)을 경유하여 메인 메탄 절약기(290)를 빠져 나온다. 다음, 이러한 스트림은 고-단계 메탄 압축기(234,236)의 유입구로 공급된다. 도관(166) 내의 액체상은 제2메탄 절약기(244)를 통해서 지나가고, 상기 액체는 하류 플래시 가스 스트림에 의해 간접 열교환수단(246)에 의해 더고 냉각된다. 냉각 유체는 도관(168)에 의해 제2메탄 절약기(244)를 빠져 나가서, 팽창 밸브(248)로서 설명되는 압력감소수단에 의해 팽창 또는 플래시되어, 압력을 더욱 감소하고, 동시에 그 제2부분을 기화시킨다. 다음, 이러한 플래시 가스 스트림은 중간-단계 메탄 플래시 드럼(250)을 지나가고, 여기서 상기 스트림은 도관(172)을 통해 지나가는 플래시 가스 스트림과 도관(170)을 통해 지나가는 액체 상 스트림으로 분리된다. 플래시 가스 스트림은 도관(172)을 통해 제2메탄 절약기(244)로 흐르고, 여기서 가스는 간접 열교환수단(252)에 의해 도관(166)을 경유하여 절약기(244)로 도입되는 액체를 냉각한다. 도관(174)은 제2메탄 절약기(244)의 간접 열교환수단(252)과 메인 메탄 절약기(290)의 간접 열교환수단(254) 사이에 흐름 도관으로서 역활을 한다. 온난한 플래시 가스 스트림은 중간-단계 메탄 압축기(256,258)의 유입구에 연결된 도관(176)을 경유하여 메인 메탄 절약기(290)를 떠난다. 도관(170)을 경유하여 중간 단계 플래시 드럼(250)을 빠져나가는 액체 상은 부가로, 팽창 밸브(260)로서 설명된 압력감소수단을 통하는 통로로 양호하게 약 172kPa(25psia)의 압력으로 감소된다. 다시, 액화 가스의 제3부분은 기화 또는 플래시 된다. 팽창 밸브(260)로부터의 유체는 최종 또는 저 단계 플래시 드럼(262)을 지나간다. 플래시 드럼(262)에서, 기체 상은 플래시 가스 스트림으로 분리되어, 제2메탄 절약기(244)로 도관(180)을 통해 지나가며, 여기서 플래시 가스 스트림은 간접 열교환수단(264)에 의해 냉각제로서 기능을 하고, 메인 메탄 절약기(290)에 연결되는 도관(182)을 경유하여 제2메탄 절약기(244)를 빠져나가며, 여기서 플래시 가스 스트림은 간접 열교환수단(266)에 의해 냉각제로서 기능을 하여, 궁극적으로 저-단계 메탄 압축기(268,270)의 유입구에 연결되는 도관(184)을 경유하여 메인 메탄 절약기(290)를 이탈한다. 거의 대기압으로 있는 플래시 드럼(262)에서 나오는 액화 천연가스 생성물(예를 들면, LNG스트림)은, 저장 유닛으로 도관(178)을 통해 지나간다. 저장 유닛에서 저압, 저온도 LNG 증발손실 기체 스트림은 양호하게, 도관(180,182, 또는 184)에 있는 저압 플래시 가스와 상기 스트림을 결합하여 재생되고, 상기 선택된 도관은 가능한 근접하게 가스 스트림 온도와 대응하게 하는 것이 바람직하다는 사실에 기본한다.
도1에 도시된 바와 같이, 메탄 압축기(234,236,256,258,268,270)는 양호하게 기구적으로 함께 결합되어 2개 드라이버(704,706)에 의해 구동되는 분리 유닛으로 있다. 저-단계 메탄 압축기(268,270)에서 나오는 압축 가스는 중간-단계 쿨러(280,282)를 통해 지나가, 압축의 제2단계에 앞서 도관(176) 내의 중간 압축가스와 결합된다. 중간-단계 메탄 압축기(256,258)에서 나오는 압축 가스는 압축의 제3단계에 앞서 도관(150)을 경유하여 제공된 고 압축 가스와 결합된다. 압축 가스(예를 들면, 압축된 개방 메탄 사이클 가스 스트림)는 고-단계 메탄 압축기(234,236)로부터 도관(152,154)을 통해 방출되어, 도관(156)에서 결합된다. 다음, 압축 메탄 가스가 쿨러(238)에서 냉각되고, 상술한 바와 같이 도관(158)을 경유하여 고-단계 프로판 냉각장치(408)로 전해진다. 상기 스트림은 간접 열교환수단(239)에 의해 냉각장치(408)에서 냉각되어, 도관(160)을 경유하여 메인 메탄 절약기(290)로 흐른다. 본원에서 사용되고 상기 주시된 바와 같이, 압축기는 또한 중간 단계 냉각동작과 상관된 임의 장비와 압축의 각 단계에 기준한다.
도1에서 설명되는 바와 같이, 메인 메탄 절약기(290)에 유입되는 냉각장치(408)에서 나오는 압축 개방 메탄 사이클 가스 스트림은 간접 열교환수단(240)을 통해 흘러서 그 전체가 냉각동작을 받는다. 다음, 이러한 냉각 스트림의 일부분이 도관(162)에 의해 이동되어, 고-단계 에틸렌 냉각장치(618)의 상류의 피처리 천연가스 공급 스트림과 결합된다. 이러한 냉각 스트림의 나머지 부분은 메인 메탄 절약기(290)에 있는 간접 열전달수단(242)에 의해 부가적인 냉각동작을 받고, 도관(129)을 경유하여 그로부터 생성된다. 이러한 스트림은 에틸렌 콘덴서(628)의 상류 구역에서 도관(128)에 있는 스트림과 결합되고, 그리고 이러한 액화 스트림은 간접 열교환수단(226)을 통한 흐름으로 에틸렌 콘덴서(628)내의 다수부에서 액화작용을 받는다.
도1에 설명된 바와 같이, 양호하게 제1프로판 압축기(400)와 제1에틸렌 압축기(600)가 단일 제1가스 터어빈(700)에 의해 구동되고, 반면에 제2프로판 압축기(402)와 제2에틸렌 압축기(602)는 단일 제2가스 터어빈(702)에 의해 구동된다. 제1 및 제2가스 터어빈(700,702)은 적절한 상용 가능한 가스 터어빈이다. 양호하게, 가스 터어빈(700,702)은 미국 죠지아 아트란타에 소재하는 GE파워 시스템에서 시판하는 프레임7 또는 프레임9 가스 터어빈이다. 도1로부터 프로판 압축기(400,402)와 에틸렌 압축기(600,602) 모두가 각각의 프로판과 에틸렌 냉동 사이클에 병렬로 유체흐름식으로 연결되어, 각각의 압축기는 각각의 냉동 사이클에서 이용되는 냉각제 흐름의 거의 절반용의 전체 압력증가를 제공한다. 다중 프로판과 에틸렌 압축기의 상기와 같은 병렬구조는 LNG플랜트의 유용성을 현저하게 향상하는 "1개 2열(two-trains-in-one)"설계를 제공한다. 따라서, 예를 들어, 만일 보수 또는 수리를 위해 제1가스 터어빈(700)의 차단이 필요하게 되면, 전체 LNG플랜트는 제2가스 터어빈(702), 제2프로판 압축기(402), 및 제2에틸렌 압축기(602)가 지속적으로 사용될 수 있어서 플랜트 온라인을 유지하기 때문에 차단될 필요가 없다.
그러한 "1개 2열"의 원리는 메탄 압축기(234,236,256,258,268,270)에 파워를 부여하는데 2개 드라이버를 사용하는 것을 부가로 지칭하는 것이다. 제1증기 터어빈(704)은 제1고-단계 메탄 압축기(234), 제1중간-단계 메탄 압축기(256), 제1저-단계 메탄 압축기(268)에 파워를 부여하는데 사용되는 반면에, 제2증기 터어빈(706)은 제2고-단계 메탄 압축기(236), 제2중간-단계 메탄 압축기(258), 제2저-단계 메탄 압축기(270)에 파워를 부여하는데 사용된다. 제1 및 제2증기 터어빈(704,706)은 적절한 상용성을 가진 증기 터어빈이다. 도1에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1메탄 압축기(234,256,268)는 서로 일렬로 제2메탄 압축기(236,258,270)와 평행하게 개방 메탄 냉동 사이클에 유체소통하게 연결된다. 따라서, 제1메탄 압축기(234,256,268)는 상기 완전압력증가의 증가 부분을 제공하는 각각의 제1압축기(268,256,234)를 가지고, 개방 메탄 냉동 사이클에서 대략 메탄 냉각제 유량의 절반용의 완전 압력증가를 제공하도록 서로 작용한다. 유사하게, 제2메탄 압축기(236,258,270)는 상기 완전압력증가의 증가 부분을 제공하는 각각의 제2압축기(270,258,236)를 가지고, 개방 메탄 냉동 사이클에서 메탄 냉각제 유량의 나머지 절반용의 완전 압력증가를 제공하도록 서로 작용한다. 메탄 드라이버와 압축기의 상기와 같은 구조는 "1개 2열"설계원리와 일치하는 것이다. 따라서, 예를 들면, 만일 수리 또는 교체를 위해 제1증기 터어빈(704)을 차단할 필요가 있으면, 제2증기 터어빈(706)과 제2메탄 압축기(236,258,270)가 플랜트 온라인을 유지하는데 지속적으로 사용될 수 있기 때문에 전체 LNG플랜트를 차단할 필요가 없다.
개방 메탄 사이클의 드라이버/압축기 구조로 제공된 "1개 2열"잇점에 더하여, 단일 드라이버보다 나은 2개 증기 터어빈(704,706)의 사용은 일렬로 연결된 메탄 압축기(234,256,268: 236,258,270) 사이에 기어 박스를 제거할 수 있다. 상기 기어 박스는 판매, 설치, 및 유지하는데 비용이 소요되는 것이다. 단일 대형의 종래 터어빈보다 빠른 속도로 2개 증기 터어빈(704,706)을 운영하는 역량이, 기어 박스(일반적으로, 중간과 고-단계 압축기 사이에 위치)를 없앨 수 있는 것이다. 부가로, 2개 소형 증기 터어빈 대 1개 대형 터어빈의 가격은 상기 설계에 제공된 라이트 잇점에서 최소인 것이다.
또한, 개방 메탄 냉동 사이클에서 가스 터어빈보다 나은 증기 터어빈(704,706)의 사용도, 소비 열의 재생을 통해 플랜트의 열효율의 향상이 이루어지게 한다. 도1은 가스 터어빈(700,702)을 빠져나가는 고온 배기 가스를 나타내며, 도관(800)을 경유하여 간접 열 교환기(802)로 전도된다. 열 교환기(802)에서, 가스 터어빈 배출로 나오는 열은 도관(804) 안을 흐르는 물/증기 스트림으로 전달된다. 다음, 도관(804) 내에 가열 증기는 증기 도관(806,810)을 경유하여 제1 및 제2증기 터어빈(704,706)에 전도된다. 따라서, 가스 터어빈(700,702)의 배기로부터 재생되는 열은 증기 터어빈(704,706)에 파워를 부여하는데 도움을 주도록 사용되어, LNG플랜트의 열 효율을 향상시킨다.
가스 터어빈을 사용하는 LNG플랜트가 압축기를 구동하는 일 도전은 가스 터어빈을 시동거는 것이다. 가스 터어빈을 개시하기 위해서는, 터어빈은 먼저 전기모터 또는 증기 터어빈과 같은 외부 시동 드라이버에 의해 회전되어야 한다. 그런데, 증기 터어빈은 외부 시동 드라이버를 사용하지 않고 개시된다. 도1은 팩키지 보일러(812)와 같은 증기원이 도관(814,804,806,810)을 경유하여 증기 터어빈(704,706)으로 고압증기를 전도하여 증기 터어빈(704,706)을 시동거는데 사용되는 것을 설명하는 도면이다. 부가로, 도움(helper)/시동(starter) 증기 터어빈(708,710)은 가스 터어빈(700,702)에 기구적으로 결합된다. 상기 도움/시동 증기 터어빈(708,710)은 팩키지 보일러(812)(도관(816,818,820)을 경유)에 의해 파워를 얻게되어 적절한 시동 RPM에 이를 때까지 가스 터어빈(700,702)을 회전하는데 사용된다. 부가로, 도움/시동 터어빈(708,710)도 프로판 압축기(400,402)와 에틸렌 압축기(600,602)를 구동하는데 추가 파워를 제공하도록 LNG플랜트의 정상운영 중에 이용될 수 있다.
상술된 본 발명의 양호한 형태는 설명을 목적으로 기술한 것이지, 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 따라서, 상술된 예를 든 실시예를 본 발명의 정신을 이탈하지 않는 범위내에서 당분야의 기술인이 변경 및 개조할 수 있는 것이며, 본 발명은 첨부 청구범위에 의해 한정되는 것이다.

Claims (79)

  1. 천연가스를 액화하는 방법에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (a)제1가스 터어빈을 사용하여 제1압축기를 구동하여, 제1냉동 사이클의 제1냉각제를 압축하는 단계와;
    (b)제2가스 터어빈을 사용하여 제2압축기를 구동하여, 제1냉동 사이클의 제1냉각제를 압축하는 단계와;
    (c)제1증기 터어빈을 사용하여 제3압축기를 구동하여, 제2냉동 사이클의 제2냉각제를 압축하는 단계 및;
    (d)제2증기 터어빈을 사용하여 제4압축기를 구동하여, 제2냉동 사이클의 제2냉각제를 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (e)제1가스 터어빈을 사용하여 제5압축기를 구동하여, 제3냉각제를 압축하는 단계와;
    (f)제2가스 터어빈을 사용하여 제6압축기를 구동하여, 제3냉각제를 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 및 제3냉각제는 대체로 다른 합성물을 구비하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제3냉각제는 대체로 다른 합성물을 구비하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1냉각제는 다수부분 프로판(major portion propane)에 포함되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2냉각제는 다수부분 메탄에 포함되고, 상기 제3냉각제는 다수부분 에틸렌에 포함되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1냉동 사이클은 폐쇄 냉동 사이클인 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2냉동 사이클은 개방 냉동 사이클인 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2압축기는 평행하게 제1냉동 사이클에 연결되고, 상기 제3 및 제4압축기는 평행하게 제2냉동 사이클에 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (g)적어도 일 제1 및 제2가스 터어빈에서 나오는 소비 열을 재생하는 단계와;
    (h)재생 소비열의 적어도 일부분을 사용하여, 적어도 일 제1 및 제2증기 터어빈에 파워를 도와주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (i)제1 및 제2가스 터어빈 양쪽에서 나오는 소비열을 재생하는 단계와;
    (j)재생 소비열의 적어도 일부분을 사용하여, 제1 및 제2증기 터어빈에 파워를 도와주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (k)제3증기 터어빈을 사용하여 제1압축기를 구동하는 것을 도와주는 단계와;
    (l)제4증기 터어빈을 사용하여 제2압축기를 구동하는 것을 도와주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  13. 천연가스를 액화하는 방법에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (a)제1가스 터어빈을 사용하여 제1압축기와 제2압축기를 구동하여, 제1 및 제2압축기 각각에 제1 및 제2냉각제를 압축하는 단계와;
    (b)제2가스 터어빈을 사용하여 제3압축기와 제4압축기를 구동하여, 제3 및 제4압축기 각각에 제1 및 제2냉각제를 압축하는 단계와;
    (c)제1 및 제2가스 터어빈의 적어도 하나에서 나오는 소비열을 재생하는 단계와;
    (d)상기 재생 소비열의 적어도 일부분을 사용하여 제1증기 터어빈의 파워를 도와주는 단계 및;
    (e)제1증기 터어빈에 의해 구동되는 제5압축기에 제3냉각제를 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1, 제2, 및 제3냉각제는 각각 개별적으로 적어도 50몰%의 다른 제1, 제2, 및 제3탄화수소를 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1탄화수소는 프로판 또는 프로필렌이고, 상기 제2탄화수소는 에탄 또는 에틸렌이고, 그리고 상기 제3탄화수소는 메탄인 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1, 제2, 및 제3냉각제는 각각 개별적으로 적어도 75몰%의 다른 제1, 제2, 및 제3탄화수소를 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 제1 및 제3압축기는 평행하게 제1냉동 사이클에 연결되고, 상기 제2 및 제4압축기는 평행하게 제2냉동 사이클에 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (f)적어도 재생 소비열의 일부분을 사용하여 제2증기 터어빈에 파워를 도와주는 단계와;
    (g)제2증기 터어빈에 의해 구동되는 제6압축기에 제3냉각제를 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 및 제3압축기는 평행하게 제1냉동 사이클에 연결되고, 상기 제2 및 제4압축기는 평행하게 제2냉동 사이클에 연결되고, 상기 제5 및 제6압축기는 평행하게 제3냉동 사이클에 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (h)제1증기 터어빈에 의해 구동되는 제7 및 제8압축기에 제3냉각제를 압축하는 단계와;
    (i)제2증기 터어빈에 의해 구동되는 제9 및 제10압축기에 제3냉각제를 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제5, 제7, 및 제8압축기는 일열로 제3냉동 사이클에 연결되고, 상기 제6, 제9 및 제10압축기는 일열로 제3냉동 사이클에 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제5, 제7, 및 제8압축기는 제6, 제9, 및 제10압축기와 평행하게 제3냉동 사이클에 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제1냉각제는 다수부분에서 프로판을 함유하고, 상기 제2냉각제는 다수부분에서 에틸렌을 함유하고, 그리고 상기 제3냉각제는 다수부분에서 메탄을 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  24. 제13항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (j)제3냉각제의 적어도 일부분과 천연가스를 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  25. 제13항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (k)개방 메탄 냉동 사이클에 제3냉각제로서 천연가스의 적어도 일부분을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  26. 제13항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (l)제1 및 제2냉각제로 제3냉각제를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  27. 제13항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은 케스캐이드 식 천연가스 액화공정방법인 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  28. 천연가스를 액화하는 방법에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (a)제1가스 터어빈에 의해 구동되는 제1압축기에 제1냉각제를 압축하는 단계와;
    (b)제1가스 터어빈으로부터 나오는 소비열을 재생하는 단계와;
    (c)제1가스 터어빈으로부터 재생되는 소비열의 적어도 일부분을 사용하여, 제1증기 터어빈의 파워를 돕는 단계 및;
    (d)다수부분에서 메탄을 함유한, 제1증기 터어빈에 의해 구동되는 제2압축기에 제2냉각제를 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 제1냉각제는 프로판, 프로필렌, 에탄, 에틸렌, 및 그 조합물로 구성된 그룹에서 선택된 탄화수소를 다수부분에서 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  30. 제28항에 있어서, 상기 제1냉각제는 다수부분에서 프로판 또는 프로필렌을 함유하고, 상기 제2냉각제는 적어도 약 75몰% 메탄을 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  31. 제28항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (e)제1냉각장치 내의 제1냉각제로 천연가스를 냉각하는 단계와;
    (f)상기 제1냉각장치 하류에서, 절약기에 제2냉각제로 천연가스를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (g)제2가스 터어빈에 의해 구동되는 제3압축기 내의 제3냉각제를 압축하는 단계와;
    (h)제2가스 터어빈에서 나오는 소비열을 재생하는 단계와;
    (i)제2가스 터어빈에서 재생된 소비열의 적어도 일부분을 사용하여 제1증기 터어빈에 파워를 돕는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (j)제1냉각장치의 하류와 절약기의 상류에서, 제2냉각장치 내의 제3냉각제로 천연가스를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 제1냉각제는 다수부분에서 프로판 또는 프로필렌을 함유하고, 상기 제2냉각제는 다수부분에서 메탄을 함유하고, 상기 제3냉각제는 다수부분에서 에탄 또는 에틸렌을 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (k)제2냉각장치의 하류에서, 제2냉각제로서 사용하기 위해 천연가스의 적어도 일부분을 분할하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  36. 제33항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (l)제1가스 터어빈에 의해 구동되는 제4압축기에 제3냉각제의 적어도 일부분을 압축하는 단계와;
    (m)제2가스 터어빈에 의해 구동되는 제5압축기에 제1냉각제의 적어도 일부분을 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  37. 제28항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (n)제1가스 터어빈에서 재생되는 소비열의 적어도 일부분을 사용하여 제2증기 터어빈에 파워를 돕는 단계와;
    (o)제2증기 터어빈에 의해 구동되는 제6압축기에 제2냉각제의 적어도 일부분을 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (p)제1증기 터어빈에 의해 구동되는 제7압축기 및 제8압축기 내의 제2냉각제의 적어도 일부분을 압축하는 단계와;
    (q)제2증기 터어빈에 의해 구동되는 제9압축기와 제10압축기 내의 제2냉각제의 적어도 일부분을 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  39. 제38항에 있어서, 상기 제1냉각제는 다수부분에서 프로판을 함유하고, 상기 제2냉각제는 다수부분에서 메탄을 함유하고, 상기 제3냉각제는 다수부분에서 에틸렌을 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  40. 천연가스를 액화하는 방법에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (a)제1가스 터어빈에 의해 구동되는 제1압축기에 제1냉각제를 압축하는 단계와;
    (b)제1터어빈에의해 구동되는 제2압축기에 제2냉각제를 함유하는 단계와;
    (c)제1냉각장치에 제1냉각제를 사용하여 천연가스를 냉각하는 단계 및;
    (d)제2냉각장치에 제2냉각제를 사용하여 천연가스를 냉각하는 단계를 포함하며;
    (a')상기 제1냉각제는 프로판, 프로필렌, 및 그 조합물로 구성된 그룹에서 선택된 탄화수소를 다수부에서 함유하고;
    (b')상기 제2냉각제는 에탄, 에틸렌, 및 그 조합물로 구성된 그룹에서 선택된 탄화수소를 다수부에서 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  41. 제40항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (e)제2터어빈에 의해 구동되는 제3압축기 내의 제3냉각제의 적어도 일부분을 압축하는 단계와;
    (f)제2터어빈에 의해 구동되는 제4압축기 내의 제2냉각제의 적어도 일부분을 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  42. 제41항에 있어서, 상기 제1 및 제2터어빈은 가스-파워 터어빈인 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  43. 제42항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (g)절약기에 제3냉각제로서 천연가스의 일부분을 사용하여 천연가스를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  44. 제43항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (h)제3터어빈에의해 구동되는 제5압축기 내의 제3냉각제의 적어도 일부분을 압축하는 단계를 포함하며, 상기 제3터어빈은 증기-파워 터어빈인 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  45. 제44항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (i)제1 및 제2터어빈의 적어도 하나로부터의 소비열을 재생하는 단계와;
    (j)재생 소비열의 적어도 일부분을 사용하여 제3터어빈에 파워를 돕는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  46. 제45항에 있어서, 상기 제2냉각장치는 제1냉각장치의 하류에 위치하고, 상기 절약기는 제2냉각장치의 하류에 위치되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  47. 제46항에 있어서, 상기 제1냉각제는 다수부에서 프로판을 함유하고, 상기 제2냉각제는 다수부에서 에틸렌을 함유하고, 상기 제3냉각제는 다수부에서 메탄을 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  48. 제47항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (k)제4터어빈에의해 구동되는 제6압축기 내의 제3냉각제의 적어도 일부분을 압축하는 단계를 포함하며, 상기 제4터어빈은 증기-파워 터어빈인 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  49. 천연가스를 액화하는 방법에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (a)제1냉각제로서 천연가스의 일부분을 사용하여 천연가스를 냉각하는 단계와;
    (b)제1증기 터어빈에 의해 구동되는 제1그룹의 압축기로 제1냉각제의 적어도 일부분을 압축하는 단계와;
    (c)제2증기 터어빈에 의해 구동되는 제2그룹의 압축기로 제1냉각제의 적어도 일부분을 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  50. 제49항에 있어서, 상기 제1 및 제2그룹의 압축기는 평행하게 제1냉동 사이클에 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  51. 제50항에 있어서, 상기 제1그룹의 압축기는 일열로 제1냉동 사이클에 연결된 적어도 2개 개별 압축기를 포함하고, 상기 제2그룹의 압축기는 일열로 제1냉동 사이클에 연결된 적어도 2개 개별 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  52. 제51항에 있어서, 상기 (b)단계는 대체로 동일한 속도로 제1그룹의 압축기의 개별 압축기를 회전시키는 단계를 구비하며, (c)단계는 대체로 동일한 속도로 제2그룹의 압축기의 개별 압축기를 회전하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  53. 제49항에 있어서, 상기 제1그룹의 압축기의 인접한 개별 압축기는 기어박스를 사용하지 않고 서로 구동적으로 결합되며, 제2그룹의 압축기의 인접한 개별 압축기는 기어 박스를 사용하지 않고 서로 구동적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  54. 제53항에 있어서, 상기 제1그룹의 압축기는 일열로 제1냉동 사이클에 연결된 적어도 3개 개별 압축기를 포함하고, 제2그룹의 압축기는 일열로 제1냉동 사이클에 연결된 적어도 3개 개별 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  55. 제49항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (d)제1가스 터어빈에 의해 구동되는 제2냉각제 압축기로 제2냉각제를 압축하는 단계와;
    (e)제2냉각제로 천연가스를 냉각하는 단계와;
    (f)제1가스 터어빈에서 나오는 소비열을 재생하는 단계와;
    (g)재생 소비열을 사용하여 제1 및 제2증기 터어빈의 적어도 하나에 파워를 돕는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  56. 제55항에 있어서, 상기 제1냉각제는 다수부분에서 메탄을 함유하고, 상기 제2냉각제는 다수부분에서 프로판, 프로필렌, 에탄, 에틸렌, 및 그 조합물로 구성된 그룹에서 선택된 탄화수소를 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  57. LNG플랜트 시동 방법에 있어서, 상기 방법은:
    (a)증기 발생기에 고압 증기를 발생하는 단계와;
    (b)제1부분의 고압증기를 사용하여 제1가스 터어빈에 구동적으로 연결된 제1시동 증기 터어빈에 파워를 부여하는 단계와;
    (c)제2부분의 고압증기를 사용하여 제2가스 터어빈에 구동적으로 연결된 제2시동 증기 터어빈에 파워를 부여하는 단계와;
    (d)제3부분의 고압증기를 사용하여 제1그룹의 압축기에 구동적으로 연결된 제1메인 증기 터어빈에 파워를 부여하는 단계와;
    (e)제4부분의 고압증기를 사용하여 제1그룹의 압축기에 구동적으로 연결된 제2메인 증기 터어빈에 파워를 부여하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG플랜트 시동 방법.
  58. 다단계에서 천연가스를 냉각하기 위해 복합 냉동 사이클에서 복합 냉각제를 이용하는 천연가스를 액화하는 장치에 있어서, 상기 장치는:
    제1냉동 사이클의 제1냉각제를 압축하는 제1압축기와;
    제2냉동 사이클의 제2냉각제를 압축하는 제2압축기와;
    제1 및 제2압축기를 구동하느 제1가스 터어빈과;
    제1냉동 사이클의 제1냉각제를 압축하는 제3압축기와;
    제2냉동 사이클의 제2냉각제를 압축하는 제4압축기와;
    제3 및 제4압축기를 구동하는 제2가스 터어빈과;
    제3냉동 사이클의 제3냉각제를 압축하는 제5압축기와;
    제5압축기를 구동하는 제1증기 터어빈 및;
    제1 및 제2가스 터어빈의 적어도 하나로부터의 소비열을 재생하고 재생 소비열을 이용하여, 제1증기 터어빈에 파워를 돕는, 열재생 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  59. 제58항에 있어서, 상기 제1가스 터어빈은 배기 유출구를 구비하고, 상기 제1증기 터어빈은 증기 유입구를 구비하고, 상기 열재생 시스템은 제1가스 터어빈의 배기 유출구에 유체소통식으로 결합된 제1측부와 제1증기 터어빈의 증기 유입구에 유체소통식으로 결합된 제2측부를 가진 간접 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  60. 제58항에 있어서, 상기 제1 및 제3압축기는 평행하게 제1냉동 사이클에 유체소통식으로 연결되고, 상기 제2 및 제4압축기는 평행하게 제2냉동 사이클에 유체소통식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  61. 제60항에 있어서, 제3냉동 사이클의 제3냉각제를 압축하는 제6압축기와, 제6압축기에 파워를 부여하는 제2증기 터어빈을 구비하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  62. 제61항에 있어서, 상기 제5 및 제6압축기는 평행하게 제3냉동 사이클에 유체소통식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  63. 제62항에 있어서, 제3냉각제를 압축하는 제7압축기는 제1증기 터어빈에 의해 구동되고, 그리고 제3냉각제를 압축하는 제8압축기는 제2증기 터어빈에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  64. 제63항에 있어서, 제3냉각제를 압축하는 제9압축기는 제1증기 터어빈에 의해 구동되고, 그리고 제3냉각제를 압축하는 제10압축기는 제2증기 터어빈에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  65. 제64항에 있어서, 상기 제5, 제7, 및 제9압축기는 일열로 제3냉동 사이클에 유체소통식으로 연결되고, 상기 제6, 제8, 및 제10압축기는 일열로 제3냉동 사이클에 유체소통식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  66. 제65항에 있어서, 상기 제5, 제7, 및 제9압축기는 제6, 제8, 및 제10압축기와 평행하게 제3냉동 사이클에 유체소통식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  67. 천연가스의 냉각을 돕도록 제1냉동 사이클에 제1냉각제를 이용하는 천연가스를 액화하는 장치에 있어서, 상기 장치는:
    제1증기 터어빈과;
    제1증기 터어빈에 의해 구동되고 제1냉각제의 적어도 일부분을 압축하도록 동작하는 제1그룹의 압축기와;
    제2증기 터어빈 및;
    제1냉각제의 적어도 일부분을 압축하도록 동작하고 제2증기 터어빈에 의해 구동되는 제2그룹의 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  68. 제67항에 있어서, 상기 제1그룹의 압축기는 일열로 제1냉동 사이클에 연결된 적어도 2개 개별 압축기를 포함하고, 상기 제2그룹의 압축기는 일열로 제1냉동 사이클에 연결된 적어도 2개 개별 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  69. 제68항에 있어서, 제1그룹의 압축기의 상기 개별 압축기는, 제1증기 터어빈에 의해 구동될 때와 대체로 동일한 속도로 회전하도록 제1그룹의 압축기의 개별 압축기의 모두가 필요로 하는 방식으로 서로 구동적으로 결합되고, 그리고 상기 제2그룹의 압축기의 개별 압축기는 제2증기 터어빈에의해 구동될 때와 대체로 동일한 속도로 회전하도록 제2그룹의 압축기의 개별 압축기의 모두가 필요로 하느 방식으로 서로 구동적으로 결합되 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  70. 제68항에 있어서, 상기 제1 및 제2그룹의 압축기는 평행하게 제1냉동 사이클에 연결되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  71. 제70항에 있어서, 상기 제1냉각제는 다수부분에서 메탄을 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  72. 제68항에 있어서, 제1그룹의 압축기의 상기 개별 압축기는 기어박스를 사용하지 않고 상호 구동적으로 결합되며, 제2그룹의 압축기의 개별 압축기는 기어박스를 사용하지 않고 상호 구동적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  73. 제72항에 있어서, 상기 제1그룹의 압축기는 일열로 제1냉동 사이클에 연결된 적어도 3개 개별 압축기를 포함하고, 상기 제2그룹의 압축기는 일열로 제1냉동 사이클에 연결된 적어도 3개 개별 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  74. 제73항에 있어서, 상기 제1냉각제는 적어도 75몰% 메탄을 함유하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화장치.
  75. 제1항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (m)(a)-(d)단계를 거쳐 생성된 액화천연가스를 기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  76. 제13항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (m)(a)-(e)단계를 거쳐 생성된 액화천연가스를 기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  77. 제28항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (r)(a)-(d)단계를 거쳐 생성된 액화천연가스를 기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  78. 제40항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (l)(a)-(d)단계를 거쳐 생성된 액화천연가스를 기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
  79. 제49항에 있어서, 상기 천연가스 액화방법은:
    (h)(a)-(c)단계를 거쳐 생성된 액화천연가스를 기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 액화방법.
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