KR20070012814A - Natural gas liquefaction - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 천연 가스 또는 기타 메탄-풍부 가스 스트림을 처리하여 높은 메탄 순도를 갖는 액화 천연 가스 (liquefied natural gas, LNG) 스트림 및 메탄보다 중질인 탄화수소를 주로 함유하는 액체 스트림을 생산하는 공정에 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) streams with high methane purity and liquid streams containing primarily hydrocarbons heavier than methane. .
천연 가스는 전형적으로 지하 저류층을 천공한 시추정으로부터 회수된다. 천연 가스는 일반적으로 메탄이 주성분인데, 즉, 메탄이 천연 가스의 50 몰% 이상으로 함유된다. 특정 지하 저류층에 따라, 천연 가스는 상대적으로 보다 적은 양의 보다 중질인 탄화수소, 예를 들어 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄 등과, 물, 수소, 질소, 이산화탄소 및 기타 가스를 또한 함유한다.Natural gas is typically recovered from drilling wells drilled underground storage layers. Natural gas is generally the main component of methane, ie methane contains more than 50 mol% of natural gas. Depending on the particular underground reservoir, the natural gas also contains relatively smaller amounts of heavier hydrocarbons such as ethane, propane, butane, pentane and the like, and water, hydrogen, nitrogen, carbon dioxide and other gases.
대부분의 천연 가스는 가스 형태로 취급된다. 정두 (wellhead)로부터의 천연 가스 처리 설비로, 그리고 거기서부터 천연 가스 소비자로의 수송을 위한 가장 일반적인 수단은 고압의 가스 전송용 수송관이다. 그러나, 다수의 경우에 천연 가스를 수송 또는 사용을 위하여 액화시키는 것이 필요하고/하거나 바람직한 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 원격지에는 흔히 천연 가스의 시장으로의 편리한 수송을 허 용하는 수송관 기반 시설이 전혀 없다. 이러한 경우, 가스 상태의 천연 가스에 비하여 훨씬 더 작은 부피의 LNG가 화물선 및 수송 트럭을 사용한 LNG의 배송을 허용함으로써 운송비를 크게 절감할 수 있다.Most natural gas is treated in gaseous form. The most common means for transportation from the wellhead to the natural gas treatment plant and from there to the natural gas consumer is the high pressure gas delivery pipeline. In many cases, however, it has been found necessary and / or desirable to liquefy natural gas for transport or use. For example, remote sites often have no pipeline infrastructure to allow convenient transportation of natural gas to the market. In this case, a much smaller volume of LNG allows for the delivery of LNG using cargo ships and transport trucks compared to gaseous natural gas, thereby significantly reducing the transportation costs.
천연 가스의 액화에 유리한 다른 상황은 자동차 연료로서의 그의 사용에 대한 것이다. 대도시권에서는 이용가능한 경제적인 LNG원이 있을 경우 LNG로 움직일 수 있는 버스, 택시, 및 트럭 차대 (fleet)가 있다. 이러한 LNG 연료의 차량은 보다 큰 분자량의 탄화수소를 연소시키는 가솔린 및 디젤 엔진으로 움직이는 유사한 차량과 비교할 때 천연 가스의 청정 연소 (clean-burning) 성질로 인하여 상당히 덜한 공기 오염을 생성한다. 또한, LNG가 고순도의 것일 경우 (즉, 메탄 순도가 95 몰% 이상임), 모든 다른 탄화수소 연료와 비교하여 메탄의 경우 보다 낮은 탄소:수소의 비로 인하여 생성되는 이산화탄소 ("온실 가스")의 양이 상당히 더 적다.Another situation that favors the liquefaction of natural gas is for its use as automotive fuel. In metropolitan areas, there are buses, taxis, and truck fleets that can be moved to LNG if there are economical sources of LNG available. Vehicles of these LNG fuels produce significantly less air pollution due to the clean-burning nature of natural gas compared to similar vehicles running on gasoline and diesel engines that burn higher molecular weight hydrocarbons. In addition, when LNG is of high purity (i.e., methane purity is at least 95 mol%), the amount of carbon dioxide ("greenhouse gas") produced by the lower carbon: hydrogen ratio for methane compared to all other hydrocarbon fuels Considerably less.
일반적으로 본 발명은 부산물로서 메탄보다 중질인 탄화수소로 주로 구성된 액체 스트림, 예를 들어 에탄, 프로판, 부탄 및 보다 중질인 탄화수소 성분으로 구성된 액체 천연 가스 (natural gas liquid, NGL), 프로판, 부탄 및 보다 중질인 탄화수소 성분으로 구성된 액화 석유 가스 (liquefied petroleum gas, LPG), 또는 부탄 및 보다 중질인 탄화수소 성분으로 구성된 콘덴세이트 (condensate)를 생산하면서 천연 가스를 액화시키는 것에 관한 것이다. 액체 스트림 부산물의 생성은 하기의 중요한 두 가지 이득을 갖는다: 생성된 LNG는 메탄 순도가 높으며, 액체 부산물은 다수의 다른 목적으로 사용될 수 있는 값비싼 생성물이다. 본 발명에 따라 처 리될 천연 가스 스트림의 전형적인 분석치에 의하면, 대략적인 몰%로 메탄이 84.2%, 에탄 및 기타 C2 성분이 7.9%, 프로판 및 기타 C3 성분이 4.9%, 이소부탄이 1.0%, n-부탄이 1.1%, 펜탄 플러스가 0.8%이며, 나머지는 질소 및 이산화탄소로 구성되어 있다. 황 함유 가스도 때로 존재한다.In general, the present invention relates to liquid streams consisting primarily of hydrocarbons heavier than methane as by-products, for example liquid natural gas (NGL), propane, butane and more composed of ethane, propane, butane and heavier hydrocarbon components. It relates to liquefied natural gas while producing liquefied petroleum gas (LPG) composed of heavy hydrocarbon components, or condensate composed of butane and heavier hydrocarbon components. The production of liquid stream by-products has two important benefits: The resulting LNG is high in methane purity, and the liquid by-product is an expensive product that can be used for many other purposes. Typical analyzes of natural gas streams to be treated in accordance with the present invention show approximate mole percentages of 84.2% for methane, 7.9% for ethane and other C 2 components, 4.9% for propane and other C 3 components and 1.0% for isobutane. n-butane is 1.1%, pentane plus is 0.8%, and the remainder consists of nitrogen and carbon dioxide. Sulfur containing gases are also sometimes present.
천연 가스의 액화에 있어서 공지된 다수의 방법이 있다. 예를 들어, 다수의 그러한 공정의 개관에 있어서 문헌[Finn, Adrian J. , Grant L. Johnson, and Terry R. Tomlinson, "LNG Technology for Offshore and Mid-Scale Plants", Proceedings of the Seventy-Ninth Annual Convention of the Gas Processors Association, pp. 429-450, Atlanta, Georgia, March 13-15,2000] 및 문헌[Kikkawa, Yoshitsugi, Masaaki Ohishi, and Noriyoshi Nozawa, "Optimize the Power System of Baseload LNG Plant", Proceedings of the Eightieth Annual Convention of the Gas Processors Association, San Antonio, Texas, March 12-14, 2001]을 참조한다. 미국 특허 제4,445,917호; 미국 특허 제4,525,185호; 미국 특허 제4,545,795호; 미국 특허 제4,755,200호; 미국 특허 제5,291,736호; 미국 특허 제5,363,655호; 미국 특허 제5,365,740호; 미국 특허 제5,600,969호; 미국 특허 제5,615,561호; 미국 특허 제5,651,269호; 미국 특허 제5,755,114호; 미국 특허 제5,893,274호; 미국 특허 제6,014,869호; 미국 특허 제 6,062,041호; 미국 특허 제6,119,479호; 미국 특허 제6,125,653호; 미국 특허 제6,250,105 B1호; 미국 특허 제6,269,655 B1호; 미국 특허 제6,272,882 B1호; 미국 특허 제6,308,531 B1호; 미 국 특허 제6,324,867 B1호; 미국 특허 제6,347,532 B1호; 및 2002년 6월 4일자로 출원된 본 발명자들의 공계류 중인 미국 특허 출원 제10/161,780호에도 관련 공정들이 개시되어 있다. 상기 방법들은 일반적으로 천연 가스를 (물 및 성가신 화합물, 예를 들어 이산화탄소 및 황 화합물의 제거에 의해) 정제하고, 냉각시키고, 응축시키고, 팽창시키는 단계를 함유한다. 천연 가스의 냉각 및 응축은 다수의 상이한 방식으로 달성될 수 있다. "다단 냉각법"에서는 연속적으로 낮은 비등점을 갖는 여러 냉매, 예를 들어, 프로판, 에탄 및 메탄을 이용한 천연 가스의 열교환이 이용된다. 대안으로서, 이러한 열교환은 여러 상이한 압력 수준에서 냉매를 증발시킴으로써 단일 냉매를 사용하여 성취될 수 있다. "다중 성분 냉각법"에서는 다수의 단일 성분 냉매들 대신 여러 냉매 성분으로 구성된 하나 이상의 냉매액을 이용한 천연 가스의 열교환이 이용된다. 천연 가스의 팽창은 등엔탈피 과정으로 (isenthalpically) (예를 들어, 줄-톰슨 (Joule-Thomson) 팽창을 이용함), 그리고 등엔트로피적으로 (isentropically) (예를 들어, 일-팽창 터빈을 이용함) 성취될 수 있다.There are a number of known methods for the liquefaction of natural gas. For example, in an overview of many such processes, Finn, Adrian J., Grant L. Johnson, and Terry R. Tomlinson, "LNG Technology for Offshore and Mid-Scale Plants", Proceedings of the Seventy-Ninth Annual Convention of the Gas Processors Association, pp. 429-450, Atlanta, Georgia, March 13-15,2000 and Kikkawa, Yoshitsugi, Masaaki Ohishi, and Noriyoshi Nozawa, "Optimize the Power System of Baseload LNG Plant", Proceedings of the Eightieth Annual Convention of the Gas Processors Association, San Antonio, Texas, March 12-14, 2001. US Patent No. 4,445,917; US Patent No. 4,525,185; US Patent No. 4,545,795; U.S. Patent 4,755,200; US Patent No. 5,291,736; US Patent No. 5,363,655; US Patent No. 5,365,740; U.S. Patent 5,600,969; US Patent No. 5,615,561; US Patent No. 5,651,269; U.S. Patent 5,755,114; US Patent No. 5,893,274; US Patent No. 6,014,869; US Patent No. 6,062,041; US Patent No. 6,119,479; US Patent No. 6,125,653; US Patent No. 6,250,105 B1; US Patent No. 6,269,655 B1; US Patent No. 6,272,882 B1; US Patent No. 6,308,531 B1; US Patent No. 6,324,867 B1; US Patent No. 6,347,532 B1; And related processes are also disclosed in co-pending US patent application Ser. No. 10 / 161,780, filed June 4, 2002. The methods generally comprise the step of purifying, cooling, condensing and expanding natural gas (by removing water and cumbersome compounds such as carbon dioxide and sulfur compounds). Cooling and condensation of natural gas can be accomplished in a number of different ways. In the "multistage cooling method", heat exchange of natural gas with several refrigerants with successively low boiling points, for example propane, ethane and methane, is used. As an alternative, such heat exchange can be achieved using a single refrigerant by evaporating the refrigerant at several different pressure levels. In the "multicomponent cooling method", heat exchange of natural gas using one or more refrigerant liquids composed of several refrigerant components is used instead of a plurality of single component refrigerants. The expansion of natural gas is isenthalpically (e.g. using Joule-Thomson expansion) and isentropically (e.g. using one-expansion turbine). Can be achieved.
천연 가스 스트림의 액화에 사용되는 방법과는 상관없이, 메탄-풍부 스트림의 액화 전에 메탄보다 중질인 탄화수소의 상당 분류의 제거가 일반적으로 필요하다. 이러한 탄화수소 제거 단계에 대한 이유는 LNG 스트림의 발열량 (heating value)의 제어 필요성, 및 생성물로서 당연한 상기의 보다 중질인 탄화수소 성분의 가치를 비롯하여 무수히 많다. 불행하게도, 지금까지 상기 탄화수소 제거 단계의 효율에 대하여 주의가 거의 집중되지 않았었다. Regardless of the method used for liquefaction of the natural gas stream, it is generally necessary to remove a significant fraction of hydrocarbons heavier than methane before liquefaction of the methane-rich stream. The reasons for this hydrocarbon removal step are numerous, including the need to control the heating value of the LNG stream, and the value of the heavier hydrocarbon components of course as a product. Unfortunately, little attention has been paid to the efficiency of the hydrocarbon removal step so far.
본 발명에 따르면, LNG 액화 공정 내로의 탄화수소 제거 단계의 주의 깊은 통합에 의해 종래 기술의 공정보다 에너지를 유의하게 덜 사용하여 LNG 및 개별적인 보다 중질인 액체 탄화수소 생성물 둘 모두를 제조할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 본 발명은, 보다 낮은 압력에서 적용될 수 있지만, 400 내지 1500 psia [2,758 내지 10,342 kPa(a)] 또는 그 이상의 범위에서 공급 가스를 처리할 때 특히 유리하다.According to the present invention, it has been found that careful integration of the hydrocarbon removal step into the LNG liquefaction process can produce both LNG and individual heavier liquid hydrocarbon products using significantly less energy than prior art processes. . The invention can be applied at lower pressures, but is particularly advantageous when treating feed gases in the range of 400 to 1500 psia [2,758 to 10,342 kPa (a)] or higher.
본 발명을 더 나은 이해를 위하여, 하기의 실시예 및 도면을 참고한다. For a better understanding of the invention, reference is made to the following examples and figures.
도면에 대하여 언급하자면,Referring to the drawings,
도 1은 본 발명에 따른 LPG의 공동 생산에 적합한 천연 가스 액화 설비의 흐름도이며;1 is a flow chart of a natural gas liquefaction facility suitable for the co-production of LPG according to the present invention;
도 2 및 3은 본 발명의 공정에 이용될 수 있는 대안적인 분별 시스템의 도면이며;2 and 3 are diagrams of alternative fractionation systems that can be used in the process of the present invention;
도 4는 종래 기술의 공정에 비하여 본 발명의 장점을 설명하기 위하여 사용되는 메탄에 있어서의 압력-엔탈피 상태도이며;4 is a pressure-enthalpy state diagram in methane used to illustrate the advantages of the present invention over prior art processes;
도 5, 6, 7, 8, 9, 및 10은 본 발명에 따른 액체 스트림의 공동 생산에 적합한 대안적인 천연 가스 액화 설비의 흐름도이다. 5, 6, 7, 8, 9, and 10 are flowcharts of alternative natural gas liquefaction plants suitable for the joint production of liquid streams according to the invention.
도면에 대한 하기 설명에 있어서, 대표적인 공정 상의 조건에 대하여 계산된 유량이 요약된 표가 제공되어 있다. 본원에 나타내어진 표에서, 유량에 대한 값 (몰/시간 단위)은 편의상 가장 가까운 정수로 반올림하였다. 표에 예시된 스트림의 총 유량은 모든 탄화수소 외 (non-hydrocarbon) 성분을 함유하며, 따라서 일반적으로 탄화수소 성분에 있어서의 스트림의 유량의 합보다 크다. 나타내어진 온도는 가장 가까운 온도로 반올림된 대략적인 값이다. 도면에 도시된 공정들을 비교할 목적으로 수행된 공정 설계 계산은 주위로부터의 (또는 주위로의) 공정으로의 (또는 공정으로부터의) 열 누출이 전혀 없다는 가정을 기초로 한다. 구매가능한 절연재의 품질은 이것이 매우 합리적인 가정이 되게 하며, 이는 당업자에 의해 일반적으로 이루어진다.In the following description of the figures, a table is provided that summarizes the calculated flow rates for representative process conditions. In the tables presented herein, the values for flow rates (in moles / hour) have been rounded to the nearest integer for convenience. The total flow rate of the streams exemplified in the table contains all non-hydrocarbon components and is therefore generally greater than the sum of the flow rates of the streams in the hydrocarbon components. The temperatures shown are approximate values rounded up to the nearest temperature. Process design calculations performed for the purpose of comparing the processes shown in the figures are based on the assumption that there is no heat leakage from (or from) the process from (or to) the surroundings. The quality of commercially available insulation makes this a very reasonable assumption, which is generally made by those skilled in the art.
편의상, 공정 파라미터들은 전통적인 영국 단위 (British units) 및 국제 단위계 (International System of Units, SI)의 단위 둘 모두로 보고되었다. 표에 나타낸 몰 유량은 파운드 몰/시간 또는 킬로그램 몰/시간으로 해석될 수 있다. 마력 (HP) 및/또는 천 영국 열량 단위/시간 (MBTU/Hr)으로 보고되는 에너지 소비율은 파운드 몰/시간 단위의 지정된 몰 유량에 해당한다. 킬로와트 (kW)로 보고되는 에너지 소비율은 킬로그램 몰/시간 단위의 지정된 몰 유량에 해당한다. 파운드/시간 (Lb/Hr)로 보고되는 생산율은 파운드 몰/시간 단위의 지정된 몰 유량에 해당한다. 킬로그램/시간 (kg/Hr)으로 보고되는 생산율은 킬로그램 몰/시간 단위의 지정된 몰 유량에 해당한다.For convenience, process parameters have been reported in both traditional British units and in the International System of Units (SI). The molar flow rates shown in the table can be interpreted as pound moles / hour or kilogram moles / hour. The energy consumption rates reported in horsepower (HP) and / or thousand British calorie units / hour (MBTU / Hr) correspond to the specified molar flow rates in pound moles / hour. The reported energy consumption in kilowatts (kW) corresponds to the specified molar flow rate in kilogram moles / hour. The production rate reported in pounds per hour (Lb / Hr) corresponds to the specified molar flow rate in pound moles / hour. The production rate reported in kilograms / hour (kg / Hr) corresponds to the specified molar flow rate in kilograms per hour.
이제 도 1을 언급하자면, 본 발명자들은 천연 가스 공급 스트림 중 프로판 및 보다 중질인 성분들의 대부분을 함유하는 LPG 부산물을 생성하는 것이 바람직한 본 발명에 따른 공정의 설명으로 시작한다. 이러한 본 발명의 시뮬레이션에 있어서, 유입 가스는 90 ℉ [32 ℃] 및 1285 psia [8,860 kPa(a)]에서 스트림 (31)로서 설비로 유입된다. 유입 가스가 생산물 스트림의 표준을 충족시키지 못하도록 하는 이산화탄소 및/또는 황 화합물의 농축물을 함유할 경우, 상기 화합물은 공급 가스의 적절한 사전 처리로 제거된다 (예시되어 있지 않음). 또한, 공급 스트림은 극저온 조건 하에서의 수화물 (얼음) 형성의 방지를 위하여 일반적으로 탈수된다. 고체 건조제가 이 목적을 위해 전형적으로 사용되었다.Referring now to FIG. 1, we begin with the description of the process according to the invention, where it is desirable to produce LPG by-products containing most of the propane and heavier components in the natural gas feed stream. In this simulation of the invention, the inlet gas enters the plant as
공급 스트림 (31)은 -14 ℉ [-26℃]에서 냉매 스트림 및 플래싱된 (flashed) 분리기 액체 (스트림 (40a))를 이용한 열교환에 의해 열교환기 (10)에서 냉각된다. 모든 경우에 열교환기 (10)는 복수의 개개의 열교환기 또는 단일한 멀티-패스 열교환기, 또는 상기의 모든 조합을 대표하는 것임을 주지한다 (지시된 냉각 서비스를 위하여 하나이상의 열교환기를 사용할 것인지에 대한 논의는 유입 가스 유량, 열교환기 크기, 스트림 온도 등을 포함하지만 이로 한정되지는 않는 다수의 요인에 따라 달라짐). 냉각된 스트림 (31a)은 23 ℉ [-5℃] 및 1278 psia [8,812 kPa(a)]에서 분리기 (11)로 유입되며, 여기서, 증기 (스트림 (32))는 응축된 액체 (스트림 (33))로부터 분리된다.
분리기 (11)로부터의 증기 (스트림 (32))는 2개의 스트림 (34,36)으로 나뉘어지며, 스트림 (34)은 전체 증기 중 약 42%를 함유한다. 몇몇 상황이 스트림 (34)과 응축 액체의 일부 (스트림 (39))가 합해져 스트림 (35)을 형성하는 것에 유리할 수도 있지만, 이 시뮬레이션에서는 스트림 (39)에 있어서의 유동은 전혀 없다. 합해진 스트림 (35)은 냉매 스트림 (71e)과 열교환 관계로 열교환기 (13)를 통과하여, 스트림 (35a)의 냉각 및 상당한 응축으로 이어진다. 이어서 -90 ℉ [-68℃]에서 실질적으로 응축된 스트림 (35a)은 적절한 팽창 장치, 예를 들어 팽창 밸브 (14)를 통하여, 분별탑 (19)의 작동 압력보다 약간 더 높게 (대략 450 psia [3,103 kPa(a)]) 플래쉬 (flash) 팽창된다. 팽창 동안 스트림의 일부는 증발되어, 전체 스트림의 냉각으로 이어진다. 도 1에 도시되어 있는 공정에서, 팽창 밸브 (14)를 떠나는 팽창된 스트림 (35b)은 -123 ℉ [-86℃]의 온도에 도달한다. 팽창된 스트림 (35b)은,열교환기 (21)가 분별탑 (19)의 분별 단에서 상승하는 증기 증류 스트림 (37)의 냉각 및 부분적 응축을 제공함에 따라 열교환기 (21)에서 -78℉ [-61℃]로 가온되며 추가로 증발된다. 이어서 가온된 스트림 (35c)은 분별탑 (19)의 에탄 제거 구획 (19b)의 상부 중간-지점 공급 위치에서 공급된다.The vapor from separator 11 (stream 32) is divided into two
분리기 (11)로부터의 증기 중 나머지 58% (스트림 (36))는 일 팽창기 (15)에 유입되며, 여기서, 기계 에너지는 상기 고압 공급물의 일부로부터 얻어진다. 기계 (15)는 증기를 실질적으로 등엔트로피적으로 약 1278 psia [8,812 kPa(a)]의 압력으로부터 탑 작동 압력으로 팽창시키는데, 일 팽창은 팽창된 스트림 (36a)을 대략 -57℉ [-49℃]의 온도로 냉각시킨다. 전형적인 구매가능한 팽창기는 이상적 인 등엔트로피 팽창에서 이론적으로 가능한 일 중 대략 80-85%를 회수할 수 있다. 회수된 일은, 예를 들어, 상기 탑의 오버헤드 가스 (스트림 (49))의 재압축에 사용될 수 있는 원심분리형 압축기 (예를 들어 항목 (16))를 구동하는 데에 흔히 사용된다. 팽창되고 부분적으로 응축된 스트림 (36a)은 하부 중간-칼럼 공급 지점에서 증류 칼럼 (19)으로의 공급물로서 공급된다. 분리기 액체 (스트림 (33)) 중 나머지 부분인 스트림 (40)은 팽창 밸브 (12)에 의해 에탄 제거기 (19)의 작동 압력보다 약간 높게 플래쉬 팽창되어, 스트림 (40)을 -14℉ [-26℃]로 냉각시키고 (스트림 (40a)) 그 후 이것은 보다 초기에 기술한 바와 같이 들어오는 공급 가스를 냉각시킨다. 이어서, 이제 75℉ [24℃]인 스트림 (40b)은 제2 하부 중간-칼럼 공급 지점에서 에탄 제거기 (19)로 유입된다.The remaining 58% (stream 36) of the steam from
분별탑 (19)의 에탄 제거기는 복수의 수직으로 이격된 트레이, 하나 이상의 충진 베드 (packed bed), 또는 트레이와 충진물의 몇몇 조합을 포함하는 통상적인 증류 칼럼이다. 천연 가스 처리 설비에서 흔히 있는 일인 바와 같이, 분별탑은 2개의 구획으로 구성될 수 있다. 상부 구획 (19a)은 분리기이며, 여기서, 최상부 공급물은 그의 개개의 증기 및 액체 부분으로 분할되며, 하부 증류부 또는 에탄 제거 구획 (19b)으로부터 상승하는 증기는 최상부 공급물의 증기 부분 (존재할 경우)과 합해져 에탄 제거기 오버헤드 증기 (스트림 (37))를 형성하고 이는 상기 탑의 상부에서 유출된다. 하부의 에탄 제거 구획 (19b)은 트레이 및/또는 충진물을 포함하고 하향으로 낙하하는 액체와 상향으로 상승하는 증기 사이의 필요한 접촉을 제공한다. 에탄 제거 구획은 하나 이상의 재비기 (예를 들어 재비기 (20))도 함유 하는데, 재비기는 칼럼 아래로 유동하는 액체의 일부를 가열 및 증발시켜 칼럼 위로 유동하는 스트리핑 (stripping) 증기를 제공한다. 액체 생성물 스트림 (41)은, 저부(bottom) 생성물에서 몰 기준으로 0.020:1의 에탄 대 프로판의 비의 전형적인 표준에 기초하여, 213℉ [101℃]에서 탑의 저부에서 유출된다.The ethane eliminator of the
오버헤드 증류 스트림 (37)은 -73℉ [-59℃]에서 에탄 제거기 (19)를 떠나며 보다 초기에 기술한 바와 같이 환류 응축기 (21)에서 냉각되고 부분적으로 응축된다. 부분적으로 응축된 스트림 (37a)은 -94℉ [-70℃]에서 환류 드럼 (22)에 유입되며, 여기서, 응축 액체 (스트림 (44))는 미응축 증기 (스트림 (43))로부터 분리된다. 응축 액체 (스트림 (44))는 펌프 (23)에 의해 에탄 제거기 (19) 상의 최상부 공급 지점으로 환류 스트림 (44a)으로서 펌핑된다.
에탄 제거구획이 분별탑의 하부를 형성할 경우, 환류 응축기 (21)는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 칼럼 (19) 위의 탑 내부에 위치할 수 있다. 이는 환류 드럼 (22) 및 환류 펌프 (23)에 대한 필요성을 배제하는데, 그 이유는 증류 스트림이 그 후 칼럼의 분별 단 위의 탑에서 냉각 및 분리되기 때문이다. 대안적으로는, 도 1의 환류 응축기 (21) 대신 분축기 (dephlegmator) (예를 들어 도 3에서 분축기 (21))를 사용하면 환류 드럼 및 환류 펌프가 배제되며 또한 이와 동시에 분별 단을 제공하여 에탄 제거기 칼럼의 상부 구획에서의 것을 대체한다. 분축기가 설비에서 동일 평면 레벨로 위치할 경우, 분축기는 증기/액체 분리기에 연결되며 분리기에서 수집된 액체는 증류 칼럼의 최상부로 펌핑된다. 칼럼 내부에 환류 응축기를 포함시키는지에 대한 결정 또는 분축기를 사용할 것인지에 대한 결정은 일반적으로 설 비의 크기 및 열교환기 표면 상의 요건에 따라 달라진다.If the ethane removal compartment forms the bottom of the fractionation tower, the
환류 드럼 (22)으로부터의 미응축 증기 (스트림 (43))는 열교환기 (24)에서 93℉ [34℃]로 가온되며, 이어서 일부 (스트림 (48))는 인출되어 설비용 연료 가스로 그 역할을 하게 된다 (인출되어야 하는 연료 가스의 양은 본 실시예에서 냉매 압축기 (64, 66, 68)와 같이, 설비에서 가스 압축기를 구동시키는 엔진 및/또는 터빈에 필요한 연료에 의해 대부분 결정됨). 가온된 증기의 나머지 (스트림 (49))는 팽창기 (15, 61, 63)에 의해 구동되는 압축기 (16)에 의해 압축된다. 방전식 냉각기 (25)에서의 100℉ [38℃]로의 냉각 후, 스트림 (49b)은 저온 증기, 스트림 (43)과의 상호 교환에 의해 열교환기 (24)에서 -83℉ [-64℃]로 추가로 냉각된다.Uncondensed steam from stream reflux drum 22 (stream 43) is warmed to 93 ° F. [34 ° C.] in
이어서 스트림 (49c)은 열교환기 (60)으로 유입되며 냉매 스트림 (71d)에 의해 -255℉ [-160℃]로 추가로 냉각되어 상기 스트림을 응축 및 서브냉각하고, 그 뒤 이것은 스트림으로부터 기계 에너지를 얻는 일 팽창기 (61)로 유입된다. 기계 (61)는 액체 스트림 (49d)을 실질적으로 등엔트로피적으로 약 593 psia [4,085 kPa(a)]의 압력으로부터 LNG 보관 압력 (15.5 psia [107 kPa(a)])으로, 대기압보다 약간 높게 팽창시킨다. 일 팽창은 팽창된 스트림 (49e)을 대략 -256℉ [-160℃]의 온도로 냉각시키며, 그 뒤 이것은 그 후에 LNG 생성물 (스트림 (50))을 수용하는 LNG 보관 탱크 (62)로 인도된다.
스트림 (35, 49c)에 있어서의 냉각 모두는 폐쇄 사이클 냉각 루프에 의해 제공된다. 상기 사이클의 실제 유체는 탄화수소와 질소의 혼합물이며, 이 혼합물의 조성은 필요할 경우 조정되어 이용가능한 냉각 매체를 사용하여 합리적인 압력에서 응축시키면서 필요한 냉매 온도를 제공한다. 이 경우, 냉각수를 이용한 응축이 가정되어서, 질소, 메탄, 에탄, 프로판 및 보다 중질인 탄화수소로 이루어진 냉매 혼합물이 도 1의 공정의 시뮬레이션에서 사용된다. 스트림의 조성은 대략적인 몰% 단위로 8.7%의 질소, 31.7%의 메탄, 47.0%의 에탄 및 8.6%의 프로판이며, 나머지는 보다 중질인 탄화수소로 이루어진다.All of the cooling in
냉매 스트림 (71)은 100℉ [38℃] 및 607 psia [4,185 kPa(a)]에서 방전식 냉각기 (69)를 떠난다. 상기 냉매 스트림은 열교환기 (10)에 유입되며, -34℉ [-37℃]로 냉각되고 부분적으로 가온된 팽창 냉매 스트림 (71f) 및 기타 냉매 스트림에 의해 부분적으로 응축된다. 도 1의 시뮬레이션에 있어서, 상기의 기타 냉매 스트림은 세 가지의 상이한 온도 및 압력 수준에서 상업용-품질의 프로판 냉매인 것으로 가정하였다. 이어서 부분적으로 응축된 냉매 스트림 (71a)은 부분적으로 가온된 팽창 냉매 스트림 (71e)에 의해 -90℉ [-68℃]로 추가로 냉각시키기 위하여 열교환기 (13)으로 유입되어, 냉매 (스트림 (71b))를 추가로 응축시킨다. 냉매는 응축되며 이어서 열교환기 (60)에서 팽창 냉매 스트림 (71d)에 의해 -255℉ [-160℃]로 서브냉각된다. 서브냉각된 액체 스트림 (71c)은 일 팽창기 (63)로 유입되며, 여기서, 스트림이 실질적으로 등엔트로피적으로 약 586 psia [4,040 kPa(a)]으로부터 약 34 psia [234 kPa(a)]의 압력으로 팽창됨에 따라 스트림으로부터 기계 에너지가 얻어진다. 팽창 동안, 스트림의 일부는 증발되어, -264℉ [-164℃]로의 전체 스트림 (스트림 (71d))의 냉각으로 이어진다. 이어서 팽창된 스트림 (71d)은 열교환기 (60, 13, 10)로 재유입되며, 여기서, 상기 스트림은 증발 및 과열됨에 따 라 스트림 (49c), 스트림 (35), 및 냉매 (스트림 (71, 71a, 71b))를 냉각시킨다.
과열된 냉매 증기 (스트림 (71g))는 90℉ [32℃]에서 열교환기 (10)를 떠나며 3개의 단에서 617 psia [4,254 kPa(a)]로 압축된다. 3개의 압축 단 (냉매 압축기 (64, 66, 68)) 각각은 보충 동력원에 의해 구동되며 압축열의 제거를 위하여 그 뒤에 냉각기 (방전식 냉각기 (65, 67, 69))가 이어진다. 방전식 냉각기 (69)로부터의 압축된 스트림 (71)은 열교환기 (10)로 되돌려져 이 사이클을 완료하게 된다.The superheated refrigerant vapor (
도 1에 도시되어 있는 공정에 있어서의 스트림의 유량 및 에너지 소비율에 대한 요약이 하기 표에 나타내어져 있다:A summary of the flow rate and energy consumption rate of the stream in the process shown in FIG. 1 is shown in the table below:
LNG 생산 공정의 효율은 필요한 "비동력 소비율"을 사용하여 전형적으로 비교되는데, 상기 소비율은 총 냉각 압축 동력 대 총 액체 생산율의 비이다. LNG 생산에 있어서의 종래 기술의 공정에 있어서의 비동력 소비율에 대한 공개된 정보는 0.168 HP-Hr/Lb [0.276 kW-Hr/kg] 내지 0.182 HP-Hr/Lb [0.300 kW-Hr/kg]의 범위를 나타내는데, 이는 LNG 생산 설비에 있어서 연간 340일의 온-스트림 (on-stream) 인자에 기초하는 것으로 여겨진다. 이와 동일한 것에 기초하면, 본 발명의 도 1의 실시 형태에 있어서의 비동력 소비율은 0.148 HP-Hr/Lb [0.243 kW-Hr/kg]이며, 이는 종래 기술의 공정에 비하여 효율이 14-23% 개선된다.The efficiency of the LNG production process is typically compared using the required "non-power consumption", which is the ratio of total cooling compression power to total liquid production. Published information on specific power consumption in prior art processes in LNG production is available from 0.168 HP-Hr / Lb [0.276 kW-Hr / kg] to 0.182 HP-Hr / Lb [0.300 kW-Hr / kg]. It is believed to be based on an on-stream factor of 340 days per year for LNG production plants. Based on the same, the specific power consumption in the embodiment of FIG. 1 of the present invention is 0.148 HP-Hr / Lb [0.243 kW-Hr / kg], which is 14-23% more efficient than the prior art process. Is improved.
본 발명의 효율 개선을 설명하는 두 가지 주요한 요인이 존재한다. 제1 요인은 본 실시예에서 고려되는 것과 같은 고압 가스 스트림에 적용될 때의 액화 공정의 열역학적 특성의 조사에 의해 이해될 수 있다. 이 스트림의 주요 구성 성분은 메탄이기 때문에, 메탄의 열역학적 특성이 본 발명에서 사용되는 사이클에 대하여 종래 기술의 공정에서 이용되는 액화 사이클을 비교할 목적에 사용될 수 있다. 도 4에는 메탄에 있어서의 압력-엔탈피 상태도가 함유되어 있다. 대부분의 종래 기술의 액화 사이클에 있어서, 모든 가스 스트림 냉각은 스트림이 고압인 동안 달성되며 (경로 A-B), 그 뒤 스트림은 그 후 LNG 보관 용기의 압력 (대기압보다 약간 높음)으로 팽창된다 (경로 B-C). 이러한 팽창 단계에는 일 팽창기가 이용될 수 있는데, 상기 기계는 이상적인 등엔트로피 팽창에서 이론적으로 이용가능한 일 중 대략 75-80%를 전형적으로 회수할 수 있다. 간단히 하기 위하여, 완전한 등엔트로피 팽창이 경로 B-C에 대하여 도 4에 도시되어 있다. 심지어 그렇다 해도, 이러한 일 팽창에 의해 제공되는 엔탈피 감소는 매우 적은데, 그 이유는 일정 엔트로피의 선이 상태도의 액체 영역에서 거의 수직이기 때문이다.There are two main factors that explain the efficiency improvement of the present invention. The first factor can be understood by examining the thermodynamic properties of the liquefaction process when applied to a high pressure gas stream as contemplated in this embodiment. Since the main constituent of this stream is methane, the thermodynamic properties of methane can be used for the purpose of comparing the liquefaction cycles used in the prior art processes to the cycles used in the present invention. 4 contains a pressure-enthalpy state diagram in methane. In most prior art liquefaction cycles, all gas stream cooling is achieved while the stream is at high pressure (path AB), and then the stream is then expanded to the pressure of the LNG storage vessel (slightly higher than atmospheric pressure) (path BC ). One expander can be used for this expansion step, which can typically recover approximately 75-80% of the theoretically available work in ideal isentropic expansion. For simplicity, complete isentropic expansion is shown in FIG. 4 for path B-C. Even so, the enthalpy reduction provided by this work expansion is very small because the line of constant entropy is nearly perpendicular in the liquid region of the state diagram.
이것은 현재 본 발명의 액화 사이클과 대조를 이룬다. 고압에서의 부분적 냉각 후 (경로 A-A'), 가스 스트림은 중간 압력으로 열 팽창된다 (경로 A'-A"). (또, 완전한 등엔트로피 팽창이 간단히 하기 위하여 표시되어 있음). 나머지의 냉각은 중간 압력에서 달성되며 (경로 A"-B'), 이어서 스트림은 LNG 보관 용기의 압력으로 팽창된다 (경로 B'-C). 일정 엔트로피의 선은 상태도의 증기 영역에서 덜 가파르게 경사지기 때문에, 본 발명의 제1 일 팽창 단계 (경로 A'-A")에 의해 유의하게 보다 큰 엔탈피 감소가 제공된다. 따라서, 본 발명에 필요한 총 냉각 양 (경로 A-A'과 A"-B'의 합)은 종래 기술의 공정 (경로 A-B)에 필요한 냉각 양보다 적어서, 가스 스트림의 액화에 필요한 냉각력 (및 그에 따른 냉각 압축력)이 감소된다.This is in contrast to the liquefaction cycle of the present invention. After partial cooling at high pressure (path A-A '), the gas stream is thermally expanded to medium pressure (path A'-A ") (in addition, full isentropic expansion is indicated for simplicity). Cooling is achieved at medium pressure (path A ″ -B ′), and the stream is then expanded to the pressure of the LNG storage vessel (path B′-C). Since the line of constant entropy slopes less steeply in the vapor region of the state diagram, a significantly greater enthalpy reduction is provided by the first daily expansion step (path A'-A ") of the present invention. The total amount of cooling (sum of paths A-A 'and A "-B') is less than the amount of cooling required for the prior art process (path AB), so that the cooling power (and thus the cooling compression force) required for liquefaction of the gas stream Is reduced.
본 발명의 효율 개선을 설명하는 제2 요인은 보다 낮은 작동 압력에서의 탄화수소 증류 시스템의 탁월한 성능이다. 대부분의 종래 기술의 공정에서의 탄화수소 제거 단계는 유입되는 가스 스트림으로부터 보다 중질인 탄화수소를 제거하기 위하여 흡수 스트림으로서 저온 탄화수소 액체를 이용하는 스크럽 (scrub) 칼럼을 전형적으로 사용하여 고압에서 수행된다. 고압에서의 스크럽 칼럼의 작동은 그다지 효율적이지 못하며, 그 이유는 이것이 가스 스트림으로부터의 메탄 및 에탄의 상당분율의 동시-흡수로 이어지기 때문인데, 상기 메탄 및 에탄은 그 후 흡수 액체로부터 제거되고 냉각되어 LNG 생성물의 일부가 되어야 한다. 본 발명에 있어서, 탄화수소 제거 단계는 중간 압력에서 행해지며, 여기서, 증기-액체 평형이 훨씬 더 유리한데, 이는 부산물 액체 스트림 중 요망되는 보다 중질인 탄화수소의 매우 효율적인 회수로 이어진다.A second factor explaining the efficiency improvement of the present invention is the excellent performance of hydrocarbon distillation systems at lower operating pressures. The hydrocarbon removal step in most prior art processes is carried out at high pressure, typically using a scrub column using a low temperature hydrocarbon liquid as the absorption stream to remove heavier hydrocarbons from the incoming gas stream. The operation of the scrub column at high pressure is not very efficient because it leads to the co-absorption of a significant fraction of methane and ethane from the gas stream, which is then removed from the absorbing liquid and cooled To be part of the LNG product. In the present invention, the hydrocarbon removal step is carried out at medium pressure, where vapor-liquid equilibrium is much more advantageous, which leads to highly efficient recovery of the heavier hydrocarbons desired in the by-product liquid stream.
기타 실시 형태Other embodiment
당업자라면, 주어진 설비의 위치에서의 필요성에 가장 잘 맞는 바와 같이, 본 발명이 NGL 스트림, LPG 스트림, 또는 콘덴세이트 스트림의 공동 생산을 허용하도록 모든 유형의 LNG 액화 설비에서 사용하기 위하여 변형될 수 있음을 인지할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be modified for use in all types of LNG liquefaction plants to allow co-production of NGL streams, LPG streams, or condensate streams, as best suits the needs at a given plant location. Will recognize.
또한, 다양한 공정 형태가 액체 부산물 스트림의 회수에 이용될 수 있음이 인지될 것이다. 본 발명은, 보다 초기에 기술한 바와 같이 LPG 부산물을 생산하기보다는, 공급 가스에 존재하는 C2 성분의 상당한 분율을 함유하는 NGL 스트림의 회수, 또는 공급 가스에 존재하는 C4 및 보다 중질인 성분만을 함유하는 콘덴세이트 스트림의 회수를 위하여 개조될 수 있다.It will also be appreciated that various process forms may be used to recover the liquid byproduct stream. Rather than producing LPG by-products as described earlier, the present invention provides for the recovery of an NGL stream containing a significant fraction of the C 2 components present in the feed gas, or the C 4 and heavier components present in the feed gas. It can be adapted for the recovery of condensate streams containing only bays.
도 1은 지시된 처리 조건에 있어서의 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타낸다. 도 5 내지 10에는 특정 용도에 고려될 수 있는 본 발명의 대안적인 실시 형태가 도시되어 있다. 공급 가스 중의 보다 중질인 탄화수소의 양 및 공급 가스 압력에 따라, 열교환기 (10)를 떠나는 냉각된 공급 스트림 (31a)은 액체를 전혀 함유할 수 없어서 (그 이유는 이것이 그의 이슬점을 초과하기 때문이거나, 이것이 그의 크리콘덴바 (cricondenbar)를 초과하기 때문임), 도 1 및 도 6 내지 10에 도시되어 있는 분리기 (11)는 필요하지 않으며, 냉각된 공급 스트림은 적절한 팽창 장치, 예를 들어 일 팽창기 (15)로 직접적으로 유동될 수 있다. 유입 가스가 지금까지 기술된 것보다 농후할 경우, 도 5에 도시되어 있는 것과 같은 본 발명의 실시 형태가 이용될 수 있다. 응축된 액체 스트림 (33)은 열교환기 (18)을 통하여 유동하며 서브냉각되고, 이어서 두 부분으로 나뉘어진다. 제1 부분 (스트림 (40))은 팽창 밸브 (12)를 통하여 유동하는데, 여기서, 상기 제1 부분은 압력이 대략 증류 칼럼 (19)의 압력으로 감소될 때 플래쉬 증발을 위하여 팽창된다. 이어서 팽창 밸브 (12)로부터의 저온 스트림 (40a)은 열교환기 (18)를 통하여 유동하는데, 여기서, 보다 초기에 기술한 바와 같이 이것이 스트림 (33)의 서브냉각을 위하여 사용됨에 따라 상기 스트림은 부분적으로 가온된다. 이어서 부분적으로 가온된 스트림 (40b)은 열교환기 (10)에서 추가로 가온되며 분별 칼럼 (19) 상의 하부 중간-지점 공급 위치로 유동한다. 여전히 고압인 제2 액체 부분 (스트림 (39))은, (1) 분리기 (11)로부터의 증기 스트림의 부분 (34)과 합해지거나, (2) 실질적으로 응축된 스트림 (35a)과 합해지거나, (3) 팽창 밸브 (17)에서 팽창되고 그 후 상부 중간-지점 공급 위치에서 분별 칼럼 (19)으로 공급되거나 팽창 스트림 (35b)과 합해진다. 대안적으로는, 스트림 (39)의 부분은 지금까지 기술된 및 도 5에 도시된 임의의 또는 모든 유동 경로를 따를 수 있다.1 shows a preferred embodiment of the present invention under the indicated processing conditions. 5-10 illustrate alternative embodiments of the present invention that may be considered for particular applications. Depending on the amount of heavier hydrocarbons in the feed gas and the feed gas pressure, the cooled
응축 및 서브냉각을 위하여 열교환기 (60)로 공급되기 전에 액체 부산물 스트림 (도 1 및 도 6 내지 10에서 스트림 (43))의 회수 후에 남아있는 가스 스트림을 처분하는 것은 다수의 방법으로 성취될 수 있다. 도 1의 공정에 있어서, 스트림은 가열되며, 하나 이상의 일 팽창기로부터 유래되는 에너지를 사용하여 보다 높은 압력으로 압축되며, 방전식 냉각기에서 부분 냉각되며, 이어서 근원 스트림과의 상호 교환으로 추가로 냉각된다. 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 일부 응용은 예를 들어 외부 동력원에 의해 구동되는 보충 압축기 (59)를 사용하여, 스트림을 보다 높은 압력으로 압축시키는 것이 유리할 수 있다. 도 1에서 파선으로 표시된 장비 (열교환기 (24) 및 방전식 냉각기 (25))에 의해 예시되는 바와 같이, 일부 상황은 열교환기 (60)으로 유입되기 전에 압축 스트림의 사전 냉각을 감소 또는 배제함으로써 시설의 지불 경비를 감소시키는 것에 유리할 수 있다 (열교환기 (60) 상의 냉각 부하를 증가 및 냉매 압축기 (64, 66, 68)의 동력 소비율의 증가에 대한 비용면에서). 그러한 경우, 압축기를 떠나는 스트림 (49a)은 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 열교환기 (24)로 직접 유동하거나, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 열교환기 (60)으로 직접 유동할 수 있다. 일 팽창기가 고압 공급 가스 중 일부의 팽창에 사용되지 않을 경우, 도 9에 도시되어 있는 압축기 (59)와 같이 외부 동력원에 의해 구동되는 압축기가 압축기 (16) 대신 사용될 수 있다. 다른 상황은 스트림의 압축을 전혀 정당화할 수 없어서, 스트림은 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 그리고 도 1에서 파선으로 표시된 장비 (열교환기 (24), 압축기 (16) 및 방전식 냉각기 (25))에 의해 열교환기 (60)로 직접 유동한다. 열교환기 (24)가 설비 연료 가스 (스트림 (48))의 인출 이전에 스트림을 가열하기 위하여 함유되는 것이 아니라면, 보충 가열기 (58)는, 도 8 내지 10에 도시되어 있는 바와 같이, 필요한 열을 공급하기 위하여 유틸리티 (utility) 스트림 또는 다른 공정 스트림을 사용하여, 연료 가스의 소비 이전에 연료 가스를 가온시키기 위하여 필요할 수 있다. 이와 같은 선택은 일반적으로 각각의 용도에 대하여 평가되어야 하는데, 이는 가스 조성, 설비의 크기, 요망되는 부산물 스트림의 회수 수준, 및 이용가능한 장비와 같은 요인이 모두 고려되어야 하기 때문이다.Disposal of the remaining gas stream after recovery of the liquid by-product stream (
본 발명에 따르면, LNG 생산 구획으로의 공급 스트림 및 유입 가스 스트림의 냉각은 다수의 방법으로 달성될 수 있다. 도 1 및 도 5 내지 10의 공정에 있어서, 유입 가스 스트림 (31)은 외부 냉매 스트림 및 플래쉬된 분리기 액체에 의해 냉각 및 응축된다. 그러나, 저온 공정 스트림도 고압 냉매 (스트림 (71a))에의 냉각의 일부의 공급에 사용될 수 있다. 또한, 냉각되는 스트림(들)보다 낮은 온도의 임의의 스트림이 이용될 수도 있다. 예를 들어, 분별탑 (19)으로부터의 증기의 측류 유출 (side draw)이 인출되어 냉각에 사용될 수 있다. 열교환 공정에 있어서 탑 액체 및/또는 증기의 사용 및 분배와, 유입 가스 및 공급 가스 냉각에 있어서의 열교환기의 특정 배열은 각각의 특정 용도와, 특정 열교환 서비스에 있어서의 공정 스트림의 선택에 대하여 평가되어야 한다. 냉각원의 선택은 공급 가스의 조성 및 상태, 설비의 크기, 열교환기의 크기, 잠재적인 냉각원의 온도 등을 함유하지만 이로 한정되지는 않는 다수의 요인에 따라 달라질 것이다. 당업자라면 냉각 방법 또는 상기 냉각원의 임의의 조합이, 조합되어 이용되어 요망되는 공급 스트림의 온도(들)를 성취할 수 있다는 것을 또한 인지할 것이다.According to the invention, cooling of the feed stream and the inlet gas stream into the LNG production compartment can be achieved in a number of ways. 1 and 5 to 10, the
또한, 유입 가스 스트림 및 LNG 생산 구획으로의 공급 스트림에 공급되는 추가의 외부 냉각이 다수의 다른 방법으로 또한 달성될 수 있다. 도 1 및 도 6 내지 10에 있어서, 단일 성분 냉매의 비등은 높은 수준의 외부 냉각을 떠맡았으며 다중 성분 냉매의 증발은 낮은 수준의 외부 냉각을 떠맡았는데, 단일 성분 냉매는 다중 성분 냉매 스트림의 사전 냉각에 사용되었다. 대안적으로는, 높은 수준의 냉각 및 낮은 수준의 냉각 둘 모두 연속적으로 보다 낮은 비등점을 갖는 단일 성분 냉매 (즉, "다단 냉각"), 또는 연속적으로 보다 낮은 증발 압력의 하나의 단일 성분 냉매를 사용하여 달성될 수 있다. 다른 대안으로서, 높은 수준의 냉각 및 낮은 수준의 냉각 둘 모두는 다중 성분 냉매 스트림을 사용하여 달성될 수 있는데, 상기 스트림의 개개의 조성은 필요한 냉각 온도를 제공하도록 조정된다. 외부 냉각의 제공 방법의 선택은 공급 가스의 조성 및 상태, 설비의 크기, 압축기 드라이버 (driver) 크기, 열교환기의 크기, 주위열발산판 (ambient heat sink)의 온도 등을 함유하지만 이로 한정되지는 않는 다수의 요인에 따라 달라질 것이다. 당업자라면 상기의 외부 냉각의 제공 방법들의 임의의 조합을, 조합하여 이용하여 요망되는 공급 스트림의 온도(들)를 성취할 수 있다는 것을 또한 인지할 것이다.In addition, additional external cooling supplied to the inlet gas stream and to the feed stream to the LNG production compartment can also be achieved in a number of other ways. 1 and 6 to 10, the boiling of single component refrigerant took on a high level of external cooling and the evaporation of the multi component refrigerant took on a low level of external cooling, where the single component refrigerant precooled the multi component refrigerant stream. Was used for. Alternatively, both high level and low level cooling may use a single component refrigerant (ie, "multistage cooling") that has a continuously lower boiling point, or one single component refrigerant of continuously lower evaporation pressure. Can be achieved. Alternatively, both high levels of cooling and low levels of cooling can be achieved using a multi-component refrigerant stream, wherein the individual composition of the stream is adjusted to provide the required cooling temperature. The choice of the method of providing external cooling includes, but is not limited to, the composition and condition of the feed gas, the size of the equipment, the size of the compressor driver, the size of the heat exchanger, the temperature of the ambient heat sink, and the like. It will depend on a number of factors. Those skilled in the art will also appreciate that any combination of the above methods of providing external cooling can be used in combination to achieve the desired temperature (s) of the feed stream.
열교환기 (60)를 떠나는 응축된 액체 스트림 (도 1에서 스트림 (49d), 도 6에서 스트림 (49e), 도 7에서 스트림 (49c), 도 8 및 도 9에서 스트림 (49b), 및 도 10에서 스트림 (49a))의 서브냉각은 LNG 보관 탱크 (62)의 작동 압력으로의 스트림의 팽창 동안 생성될 수 있는 플래쉬 증기의 양을 감소시키거나 그를 배제한다. 이는 일반적으로 플래쉬 가스 압축에 대한 필요성을 배제함으로써 LNG 생산에 있어서의 비동력소비율을 감소시킨다. 그러나, 일부 상황은 열교환기 (60)의 크기를 감소시킴으로써 시설의 지불 경비를 감소시키고 플래쉬 가스 압축 또는 기타 수단을 사용하여 생성될 수 있는 모든 플래쉬 가스를 제거하는 데에 유리할 수 있다.Condensed liquid stream leaving heat exchanger 60 (
개개의 스트림의 팽창이 특정 팽창 장치에 도시되어 있지만, 대안적인 팽창 수단이 적절할 경우 이용될 수도 있다. 예를 들어, 조건이 실질적으로 응축된 공급 스트림 (도 1 및 도 5 내지 도 10에서 스트림 (35a))의 일 팽창을 보증할 수도 있다. 또한, 등엔탈피 플래쉬 팽창이 열교환기 (60)를 떠나는 서브냉각 액체 스트림 (도 1에서 스트림 (49d), 도 6에서 스트림 (49e), 도 7에서 스트림 (49c), 도 8 및 9에서 스트림 (49b), 및 도 10에서 스트림 (49a))에 있어서 일 팽창 대신 사용될 수 있지만, 팽창에 있어서 플래쉬 증기의 형성의 회피를 위하여 열교환기 (60)에서의 더 많은 서브냉각을 필요로 하거나, 그렇지 않으면 생성되는 플래쉬 증기의 제거를 위한 플래쉬 증기 압축 또는 기타 수단의 부가를 필요로 한다. 이와 유사하게, 등엔탈피 플래쉬 팽창이 열교환기 (60)를 떠나는 서브냉각된 고압 냉매 스트림 (도 1 및 도 6 내지 10에서 스트림 (71c))에 있어서 열 팽창 대신 사용될 수 있으며, 그 결과 냉매의 압축을 위한 동력 소비율이 증가된다.Although expansion of the individual streams is shown in a particular expansion device, alternative expansion means may be used where appropriate. For example, conditions may ensure a one expansion of the substantially condensed feed stream (
본 발명의 바람직한 실시 형태인 것으로 여겨지는 것을 기술하였지만, 당업계자라면 하기의 청구의 범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신을 벗어남이 없이 다른 추가의 변형을 본 발명에 행하여 예를 들어 본 발명을 다양한 조건, 공급물의 유형, 또는 기타 요건에 적합하게 변형할 수 있다는 것을 인지해야할 것이다.Although what has been described as what is believed to be the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can make other additional modifications to the invention without departing from the spirit of the invention as defined by the following claims, for example, by the present invention. It will be appreciated that variations may be made to suit various conditions, types of feed, or other requirements.
본 발명은 천연 가스 또는 기타 메탄-풍부 가스 스트림을 처리하여 높은 메탄 순도를 갖는 액화 천연 가스 (liquefied natural gas, LNG) 스트림 및 메탄보다 중질인 탄화수소를 주로 함유하는 액체 스트림을 생산하는 공정에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, LNG 액화 공정 내로의 탄화수소 제거 단계의 주의 깊은 통합에 의해 종래 기술의 공정보다 에너지를 유의하게 덜 사용하여 LNG 및 개별적인 보다 중질인 액체 탄화수소 생성물 둘 모두를 제조할 수 있다. 본 발명은, 보다 낮은 압력에서 적용될 수 있지만, 400 내지 1500 psia [2,758 내지 10,342 kPa(a)] 또는 그 이상의 범위에서 공급 가스를 처리할 때 특히 유리하다.The present invention relates to a process for treating natural gas or other methane-rich gas streams to produce liquefied natural gas (LNG) streams with high methane purity and liquid streams containing primarily hydrocarbons heavier than methane. . According to the present invention, careful integration of the hydrocarbon removal step into the LNG liquefaction process enables the production of both LNG and individual heavier liquid hydrocarbon products with significantly less energy than prior art processes. The invention can be applied at lower pressures, but is particularly advantageous when treating feed gases in the range of 400 to 1500 psia [2,758 to 10,342 kPa (a)] or higher.
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