KR20070045285A - 액체 용매에 천연 가스를 저장하는 저장 장치 및 액체용매에 천연 가스를 흡수시키는 방법과 액체 용매에서 천연가스를 분리시키는 방법 - Google Patents

액체 용매에 천연 가스를 저장하는 저장 장치 및 액체용매에 천연 가스를 흡수시키는 방법과 액체 용매에서 천연가스를 분리시키는 방법 Download PDF

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Abstract

천연 가스 또는 메탄을 대량으로 저장하는 것은 액화된 매질에 가스를 흡수시킴으로써 용이해진다. 저장 및 운반을 위해 액체 매질이나 액체증기 매질에 천연 가스 또는 메탄을 용이하게 흡수시키고 시장까지의 반송을 위해 기체로 용이하게 되돌리는 시스템과 공정이 제공된다. 바람직한 실시예에서는, 적정 조건의 온도와 압력 하에서 에탄, 프로판, 그리고 부탄의 흡수 특성을 이용하여 보다 나은 수준의 체적 압축비로 천연 가스 또는 메탄을 저장한다. 바람직한 혼합 공정에서는 천연 가스 또는 메탄을 용매 매질, 이를테면 액체 에탄, 프로판, 부탄, 또는 다른 적절한 유체와 조합하여 저장 및 운반에 적합한 농축 액체 혼합물 또는 액체증기 혼합물을 형성한다. 상기 용매 매질은 천연 가스를 언로딩하면서 운반 용기에서 재생되는 것이 바람직하다.

Description

액체 용매에 천연 가스를 저장하는 저장 장치 및 액체 용매에 천연 가스를 흡수시키는 방법과 액체 용매에서 천연 가스를 분리시키는 방법{STORAGE OF NATURAL GAS IN LIQUID SOLVENTS AND METHODS TO ABSORB AND SEGREGATE NATURAL GAS INTO AND OUT OF LIQUID SOLVENTS}
본 발명은 천연 가스의 저장 및 운반에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 액체 매질 또는 용매에 천연 가스를 대량으로 저장하는 저장 장치와, 저장 및 운반을 위해 액체 매질 또는 액체증기 매질(liquid vapor medium)에 천연 가스를 흡수시키고 이송을 위해 가스를 다시 분리시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 운반 방법은 농축된 상태로 용기에 담긴 천연 가스를 이용하여 통상의 도로, 철도 및 선박을 통해 이루어진다.
천연 가스는 주로 파이프라인에 의해 가스 상태로 운반된다. 천연 가스 매장지가 파이프라인에 근접하여 위치하지 않고, 이에 따라 파이프라인을 통해 용이하게 운반할 수 없는 경우, 즉 해안에 위치하거나 원거리에 있는 천연 가스의 경우, 상기 가스는 다른 수단으로 운반되어야만 하며 액화 천연 가스(LNG)와 같은 액체 상태로 선박을 통해 종종 운반된다. 천연 가스를 액체 상태로 저장 및 운반하는 것은 극저온이거나 극저온 부근의 온도(대기압에서 -270 ℉ 내지 -180 ℉)인 상 태를 포함하며, 저장용 대형 탱크 로리에 상당한 투자를 해야 할 뿐만 아니라 파이프라인이 아닌 운반 구간의 각 종착지에 있는 액화 설비 및 재기화 설비에 상당한 투자가 필요하다. 이러한 상황에서 LNG의 저장 및 운반에 필요한 막대한 에너지 비용과 더불어 자본 비용은, 천연 가스를 액체 상태로 저장 및 운반하는 데에 상당한 비용이 소요되게 하는 경향이 있다.
최근에, 해안에 위치하거나 원거리에 있는 천연 가스 자원을 압축 천연 가스(CNG) 상태로 운반하는 것이 제안되었으나, 상용화가 더딘 편이다. 상기 가스를 100 기압 내지 수백 기압으로 압축하는 것을 포함하는 CNG의 경우, 수용 체적비는 액화 설비 및 재가스화 설비에 상당한 투자를 하지 않고도 LNG의 경우에 얻어지는 체적비인 600 대 1 (600 : 1)의 1/3 내지 1/2 이다.
상온 또는 -80 ℉ 까지의 냉각 조건으로 CNG를 선적하는 것은 현재로서는 산업 계획의 대상이다. 2150 psig(146 기압)까지 천연 가스를 압축하는 것은 가스 압축 인자(Z)가 높은 압력에서 더 큰 값에 도달하기 전에 상기 가스 압축 인자를 가장 낮은 값(60 ℉에서 약 0.74)으로 만든다. 2150 psig에서는 225 : 1 정도의 체적 압축비를 얻을 수 있다. 상용 탱크는 3600 psig에서 일반적으로 천연 가스를 320 : 1의 체적 압축비까지 채우는 데 사용된다.
해안에 위치하거나 원거리에 있는 천연 가스를 선적 과정까지 효과적으로 이송하기 위해, 상기 가스는 용기의 운반 횟수와 가스 소스에서의 생산 속도에 적합한 양으로 저장 장치에 수용되어야만 한다. 또한, 최소 시간에 이루어지는 것이 바람직한 로딩 단계를 감안하여 전술한 저장 장치를 평가한다. 유사하게, 이송 횟 수, 언로딩 시간 및 천연 가스를 시장에 공급하는 파이프라인의 취출 능력에 기초하여 그 크기가 결정된 저장 시스템으로 언로딩이 이루어져야 한다. 이들 단계에서 천연 가스 용기를 보존하는 것은 모든 운반 모드와 관련된 이송 비용의 일부분을 이룬다.
CNG의 취급 과정은 전술한 체적비까지의 상당한 압축 및 냉각 과정과, 이후 언로딩시에 가스 이동 과정을 필요로 하는 에너지 집약적인 과정이다. 고압 CNG 저장과정의 비교적 막대한 비용, 긴 로딩 및 언로딩 시간, 그리고 관련된 냉각 용량 혹은 재가열 용량을 감안하면, 아직까지 어떠한 기존 시스템도 1일당 0.5 bcf 이상의 대용량으로 운반할 수 있는 가능성을 입증하지 못하고 있다.
따라서, CNG보다 더 나은 성능 매개변수를 갖게 하기 위하여 적정 압력과 적절히 낮춰진 온도에서 CNG를 이용하여 얻을 수 있는 것보다 월등한 천연 가스 농도를 제공하고 LNG용으로 필요한 장치의 비례 강도(proportionate intensity)를 낮추는 것이 바람직하다.
본 발명은 적정 압력, 낮은 온도 그리고 용매 매질의 상호작용을 통해 액화된 매질에 저장되는 천연 가스 또는 메탄에 관한 것이며, 저장 및 운반을 위해 액체 또는 액체증기 매질에 천연 가스 또는 메탄을 흡수시키는 것과 시장까지 운반하기 위해 가스로 되돌리는 것을 용이하게 하는 시스템과 방법에 관한 것이다. 운반 방법은 농축된 상태로 용기에 담긴 천연 가스 또는 메탄을 이용하여 통상의 도로, 철도 및 선박을 통해 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 가스 운반 및 저장 방법은 파이프라인을 사용하는 경우에도 적용이 가능하다.
바람직한 실시예에서는, (본 발명의 혼합 과정과 관련된) 적정 온도와 압력 조건 하에서 에탄, 프로판 및 부탄의 흡수 특성을 이용하여 유사한 구속 조건 하에서 천연 가스만을 이용하여 얻을 수 있는 것보다 더 나은 수준의 체적 압축비로 천연 가스 또는 메탄을 저장한다. 바람직하게는 약 2250 psig 이하의 압력, 더 바람직하게는 약 1200 psig 내지 약 2150 psig 범위의 압력과, 바람직하게는 약 -20 ℉ 내지 약 -100 ℉ 범위의 온도, 더 바람직하게는 약 -80 ℉ 이상의 온도, 더욱 바람직하게는 약 -40 ℉ 내지 -80 ℉ 범위의 온도를 이용하여 혼합물을 저장하는 것이 바람직하다. 천연 가스 또는 메탄은 전술한 적정 온도와 압력 조건에서 에탄, 프로판 또는 부탄, 혹은 이들의 혼합물 등과 같은 용매와 혼합되는데, 에탄의 농도는 바람직하게는 약 25 %mol 이며 약 15 %mol 내지 약 30 %mol 범위인 것이 더 바람직하고, 프로판의 농도는 바람직하게는 약 20 %mol 이며 약 15 %mol 내지 약 25 %mol 범위인 것이 더 바람직하고, 부탄의 농도는 바람직하게는 약 15 %mol 이며 약 10 %mol 내지 약 30 %mol 범위인 것이 더 바람직하고, 에탄, 프로판 및/또는 부탄 혹은 프로판과 부탄의 혼합물의 농도는 약 10 %mol 내지 약 30 %mol 범위이다.
본 발명의 혼합 과정에서는 천연 가스 또는 메탄을 액체 에탄, 프로판, 부탄, 또는 그 밖의 적절한 유체 등과 같은 용매 매질과 효과적으로 혼합하여 저장 및 운반에 적합한 농축 액체 또는 액체증기 혼합물을 형성한다. 상기 용매 매질은 천연 가스를 언로딩할 때 반송 용기에서 재생되는 것이 바람직하다. 공정 조건은 사용된 용매의 효율 한계에 따라 결정되는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에서는, 상기 용매가 혼합 챔버로 들어오는 천연 가스 또는 메탄의 흐름에 제어된 속도로 가압 분사되는 것이 바람직하다. 상기 가스는 흡수 흐름(용매)을 만나면, 액체상이 되어 혼합 챔버의 하부에 가스와 용매의 포화 유체 혼합물로서 축적되는데, 상기 혼합물은 이후 최소한의 후냉각(after cooling)을 거쳐 저장 장치로 송출된다. 상기 가스를 액체 상태로 취급하는 것은 로딩 및 언로딩 시간을 단축시키며 CNG와 관련된 수준의 후냉각을 필요로 하지 않는다.
그 후, 상기 가스는 시장까지 이송되기 위해 용매로부터 분리된다. 상기 가스는 요구되는 이송 조건에 맞는 이상적인 온도 및 압력으로 분리기에서 용매로부터 분리된다. 상기 온도는 사용되는 용매에 따라 달라진다. 전술한 액체 용매는 이후의 사용을 위해 회수된다.
본 발명의 그 밖의 시스템, 방법, 특징 그리고 장점들은 이후의 도면과 상세한 설명을 검토하면 당업자들에게는 명확할 것이다.
본 발명의 구성, 구조 및 작동을 비롯한 세부적인 특징들은 첨부 도면을 살펴봄으로써 부분적으로 알게 될 것이며, 상기 도면에서 유사한 도면 부호는 유사한 부품을 가리킨다. 상기 도면의 구성 요소들은 반드시 일정한 축척으로 나타내어진 것은 아니며, 본 발명의 원리를 설명하는 데 중점을 둔다. 또한, 모든 도면은 개념을 전달하려는 목적이며, 상대적인 크기, 형상, 다른 상세한 특징들은 사실적으로 또는 정확하게 도시되기보다는 개략적으로 도시될 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공정 중 충전 사이클을 도시한 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공정 중 방출/언로딩 사이클을 도시한 공정도이다.
도 3a는 소정 온도에서 25 %의 에탄(C2)이 혼합된 경우, 다양한 압력 조건에 따른 메탄(C1)의 체적비를 도시한 그래프이다.
도 3b는 소정 온도에서 20 %의 프로판(C3)이 혼합된 경우, 다양한 압력 조건에 따른 메탄(C1)의 체적비를 도시한 그래프이다.
도 3c는 소정 온도에서 15 %의 부탄(C4)이 혼합된 경우, 다양한 압력 조건에 따른 메탄(C1)의 체적비를 도시한 선도이다.
도 4a는 소정 온도에서 25 %의 에탄(C2)이 혼합된 경우, 다양한 온도 조건에 따른 메탄(C1)의 체적비를 도시한 선도이다.
도 4b는 소정 온도에서 20 %의 프로판(C3)이 혼합된 경우, 다양한 온도 조건에 따른 메탄(C1)의 체적비를 도시한 선도이다.
도 4c는 소정 온도에서 15 %의 부탄(C4)이 혼합된 경우, 다양한 온도 조건에 따른 메탄(C1)의 체적비를 도시한 선도이다.
도 5a는 소정 온도 및 압력 조건에서 에탄(C2) 용매의 다양한 농도에 따른 메탄(C1)의 체적비를 도시한 그래프이다.
도 5b는 소정 온도 및 압력 조건에서 프로판(C3) 용매의 다양한 농도에 따른 메탄(C1)의 체적비를 도시한 그래프이다.
도 5c는 소정 온도 및 압력 조건에서 부탄(C4) 용매의 다양한 농도에 따른 메탄(C1)의 체적비를 도시한 그래프이다.
본 발명에 따르면, 천연 가스 또는 메탄은 적정 압력, 낮은 온도 및 용매 매질의 상호작용을 통해 액화된 매질에 흡수되고 저장된다. 바람직한 실시예에서는, 적정 온도 및 압력 조건 하에서 에탄, 프로판 및 부탄의 흡수 특성을 이용하여, 유사한 구속 조건 하에서 천연 가스 또는 메탄 단독의 경우에 얻을 수 있는 체적 압축비보다 더 나은 수준의 체적 압축비로 천연 가스 또는 메탄을 저장한다. 본 발명에 따른 혼합 공정에서는 천연 가스 또는 메탄을 액체 에탄, 프로판, 부탄 또는 그 밖의 적절한 유체 등과 같은 용매 매질과 혼합하여 저장 및 운반에 적합한 농축 액체 또는 액체증기 혼합물을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 용매 매질은 천연 가스 또는 메탄을 언로딩할 때 반송 용기에서 재생되는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에서, 흡수 유체는 혼합 챔버로 유입되는 천연 가스 또는 메탄의 흐름에 제어된 속도로 가압 분사되는 것이 바람직하다. 전술한 가스 흐름은 Joule Tompson 밸브 조립체나 그 밖의 감압 장치를 통해 및/또는 냉각 장치를 통해 흐르는 동안 가스의 압력을 낮춤으로써 혼합 온도까지 냉각된다. 전술한 가스는 흡수 유체의 흐름과 만나면, 액체 용매에 흡수되어 포화 유체의 상태로 혼합 챔버의 하부에 모인다. 상기 포화 유체, 즉 가스와 액체 용매의 혼합물은 혼합 챔버의 하부로부터 최소한의 후냉각을 거쳐 저장장치까지 송출된다. 액체 매질에 흡수되어 있는 동안에 가스를 취급하는 것은, 로딩 및 언로딩 시간을 단축시키며, CNG와 관련된 수준의 후냉각을 필요로 하지 않는다.
다음으로, 도면을 면밀히 살펴보면, 도 1은 충전 사이클의 공정 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 천연 가스 또는 메탄의 흐름은 용매에 흡수되어 포화 유체 상태 인 저장/운반용 혼합물이 된다. 사용된 용매에 따라, 용매 내에서 원하는 체적비의 가스를 얻기 위해서는 상이한 최적 온도 및 압력 파라미터가 필요하다.
작동 중에, 상기 용매는 바람직한 가스 저장 조건 및 용매의 액체상 유지 조건에 부합하는 냉각 온도로 저장 용기(32)에 저장된다. 입구 매니폴드(10)로 들어오는 가스는 가스 압축기(12)를 매개로 하여 그 압력이 높아진다. 그 후 압축기(12)에서 나오는 가스는 공기 냉각기/냉각 트레인(14)을 통과하는 동안 저장된 용매와 동일한 온도까지 냉각된다. 그 후 상기 냉각 트레인(14)에서 나오는 가스는 압력 조절기(16)에 의해 관리되는 제어 압력으로 유동 요소(18)를 통해 혼합기 또는 혼합 챔버(20)에 급송된다. 가스의 제어 압력은 저장 및 운반을 위해 처리되고 있는 가스 혼합물에 따라 변한다. 최적의 저장 조건은 사용된 특정 용매에 따라 결정된다.
또한, 혼합기(20)에는 펌프(30)로부터 주입된 용매가 공급된다. 상기 용매의 유동 속도는 유동 제어기(34)와 유동 제어 밸브(31)에 의해 관리된다. 유동 요소(18)로부터의 정보는 유동 제어기(34)에 제공되어 몰 체적을 기초로 하여 요구되는 용매의 유동 속도를 가스의 유동 속도와 맞춘다.
도 1에서는 입구 매니폴드(10)에 앞서 Joule Thompson 밸브를 사용하는 것을 도시하지 않았다. Joule Thompson 밸브는 정두 압력(well-head pressure)이 매우 높아서 공정 트레인의 압력까지 압력을 낮출 필요가 있는 경우에 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 밸브를 통한 압력 강하는 가스 흐름에 유용한 온도 강하를 만들어낸다.
상기 가스는 용매와 만나면, 액체상 매질에 흡수되고 운반된다. 상기 액체상 매질은 포화 유체 상태인 용매와 함께 혼합 챔버(20)의 하부에 모인다. 상기 포화 유체 이외에 소량의 잉여 가스가 안정화 용기(40)로 운반된다. 잉여 가스는 혼합기(20)를 통해 재생시키기 위해 입구 매니폴드(10)까지 압력 제어 밸브(44)를 통하여 재순환된다.
그 후, 상기 포화 유체는 팩킹 펌프(packing pump)(41)에 의해 바람직한 저장 수준까지 승압되며, 팩킹 펌프로부터 로딩 헤더(loading header)(43)에 주입되고, 이후 로딩 헤더(43)에 의해 급송되어 보존 탱크 또는 저장 용기(42)에 채워진다. 냉각된 블랭킷 가스(blanket gas), 이를테면 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 또는 이들 물질의 혼합물은 탱크(42)가 상기 포화 유체로 채워지기에 앞서 상기 탱크(42)에 존재하는 것이 바람직하다. 상기 블랭킷 가스는 탱크(42)가 포화 유체로 채워질 때 액화한다. 배 위에 장착된 탱크는 냉각된 불활성 분위기의 블랭킷으로 채워진 밀봉된 봉입부 내에 수용되는 것이 바람직하다. 저장된 포화 유체는 저장 및 운송 중에 적절한 온도로 유지된다.
도 2에는, 보존 탱크(42)에 저장된 포화 유체가 가스 흐름과 회수된 용매의 흐름으로 나뉘는 방출/언로딩 사이클의 공정 흐름도가 도시된다. 포화 유체는 상기 보존 탱크(42)로부터 언로딩 헤더(unloading header)(45)를 통해 방출 펌프(52)에 공급되며, 이 방출 펌프에서 포화 유체는 열 교환기(54)를 통과할 수 있을 정도로 충분히 가압된다. 열 교환기(54)에서, 포화 유체의 온도는 재가스화를 위한 최적의 에너지 수준을 확보하기 위해 상승된다. 그 후, 재가스화 처리된 흐름은 압 력 강하에 의해 용매가 액체상으로 되돌아가면서 가스로부터 분리되는 분리 타워(56)를 향해 진행한다. 가스 흐름은 분리 타워(56)에서 나와 출구 헤더(58)를 통해 저장 설비 또는 파이프라인 설비까지 반송되는 반면, 용기 하부의 용매는 재사용을 위해 압력 제어 밸브(62)를 매개로 하여 저장 용기(60)로 되돌아간다.
도 1 및 도 2와 관련하여 기술한 시스템과 방법은, 저장 및 운반을 위해 액체 또는 액체증기 매질에 천연 가스가 쉽게 흡수될 수 있도록 하며, 시장으로의 이송을 위해 가스를 쉽게 분리할 수 있도록 하고, 운송 매체로 재사용하기 위해 용매의 보존을 용이하게 한다. 전술한 공정은 CNG를 이용하여 얻을 수 있는 것보다 월등한 천연가스 및 메탄의 체적비를 제공하고, CNG 작업에 비해 향상된 성능 매개변수를 가지며, LNG용으로 필요한 장비의 비례 강도를 낮춰준다는 면에서 유리하다. 저장된 포화 유체 및 이후에 이송용으로 재구성되는 생성물을 형성하는 것은, CNG 또는 LNG를 상온에서 압축 가스로 되돌리는 처리 및 재구성에서 필요로 하는 에너지 비용에 비해 적은 비용으로 이루어질 수 있다는 점에서 유리하다. 또한, 액체 매질에서 보유되는 천연 가스 또는 메탄은 CNG의 운반과 관련된 가압, 감압, 그리고 축소-가압 단계에 비해 간단하게 펌핑에 의해 전달될 수 있다는 점에서 유리하다. 당업자라면, 전술한 장점이 현재의 산업 계획에 있어서 냉각된 CNG의 저장 및 운반과 관련하여 경제성을 크게 향상시킬 것이라는 점을 이해할 것이다.
또한, CNG의 취급에 비해 비용이 감소한다는 점은, 보다 가벼운 고강도 재료, 종종 복합 재료 또는 섬유 강화 재료의 사용을 통하여 수용 장치에 필요한 비용이 감소하는 것과 당연히 관련된다. 또한, 당업자라면 전술한 더 낮은 작동 압 력을 사용하는 경우, 보다 소량의 재료에 영향이 미치는 것이 본 발명의 경제적 효용성을 더 할 것이라는 점을 이해할 것이다.
통상의 공정(예컨대, Teal USPN 5,513,054 참조)과는 달리, 본 발명의 공정은 연료 혼합물을 만들려는 것이 아니고 재사용을 위해 회수되는 용매를 이용하여 천연 가스(메탄)를 저장하고 운반하기 위한 것이다. 혼합물은 액체상에서 또는 가스 혼합물의 액체상 엔빌로프(envelope) 내에서 모두 매질이 운반될 수 있도록 한다는 점에서 유리하다.
공정 조건들은 사용된 흡수 유체 또는 용매 각각의 효율 한계에 따라 결정되는 것이 바람직하다. 도 3a 내지 도 3c, 도 4a 내지 도 4c 및 도 5a 내지 도 5c에는, 다양한 압력과 온도 조건 및 에탄(C2), 프로판(C3) 및 부탄(C4) 용매의 다양한 포화 유체 혼합물 농도에서의 메탄(C1)의 체적비가 도시되어 있다. 도 3a, 도 3b 및 도 3c는 소정의 용매 농도 및 온도 조건 하에서 압력 범위가 약 1200 psi 내지 약 2100 psi인 경우, 메탄(C1)의 체적비가 LNG의 약 1/3 내지 1/2의 범위에 있음을 나타낸다. 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 소정의 용매 농도 및 압력 조건 하에서 온도 범위가 약 -30 ℉ 내지 -60 ℉ 인 경우, 메탄(C1)의 체적비는 LNG의 약 1/3 내지 1/2의 범위에 있다. 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 소정의 온도와 압력 조건 하에서 에탄(C2)의 농도가 약 15 %mol 내지 약 25 %mol 이고, 프로판(C3)의 농도가 약 10 %mol 내지 약 30 %mol 이며, 부탄(C4)의 농도가 약 10 %mol 내지 약 30 %mol 인 경우, 메탄(C1)의 체적비는 LNG의 약 1/3 내지 1/2 범위에 있다.
따라서, 본 발명은 CNG 작업에서 얻을 수 있는 것보다 월등한 천연 가스 체적비로 액체 상태인 천연 가스를 얻을 수 있고, 그 결과, 바람직하게는 약 2250 psig 이하의 압력, 보다 바람직하게는 약 1200 psig 내지 약 2150 psig 의 압력과, 바람직하게는 약 -20 ℉ 내지 약 -100 ℉ 의 온도, 보다 바람직하게는 약 -80 ℉ 이상의 온도, 가장 바람직하게는 약 -40 ℉ 내지 -80 ℉ 범위의 온도를 이용하여 규모의 경제(economics of scale)를 구현할 수 있다. 천연 가스 또는 메탄은 용매, 바람직하게는 액체 에탄, 프로판 또는 부탄, 혹은 이들 물질의 혼합물과 다음의 농도로 혼합된다. 에탄의 농도는 약 25 %mol 인 것이 바람직하고, 약 15 %mol 내지 약 30 %mol 인 것이 바람직하며, 프로판의 농도는 약 20 %mol 인 것이 바람직하고, 약 15 %mol 내지 약 25 %mol 인 것이 바람직하며, 부탄의 농도는 약 15 %mol 인 것이 바람직하고, 약 10 %mol 내지 약 30 %mol 인 것이 바람직하며, 에탄, 프로판 및/또는 부탄의 혼합물 혹은 프로판과 부탄의 혼합물의 농도는 약 10 %mol 내지 약 30 %mol 이다.
용매로서 에탄, 프로판, 또는 부탄을 이용한 경우, 저장된 액체 매질에 있어서 바람직한 충전 및 저장 매개변수들 및 관련된 압축 성능 수준을 아래에 제시한다(순수한 메탄의 압축도는 괄호 안에 기재함).
흡수된 천연 가스의 체적비 (압축 천연 가스와 비교)
A. 에탄 - 25 %mol
1200 psig -60 ℉ 276 ft3/ft3 (203 ft3/ft3)
1200 psig -40 ℉ 226 ft3/ft3 (166 ft3/ft3)
1400 psig -40 ℉ 253 ft3/ft3 (206 ft3/ft3)
1500 psig -30 ℉ 242 ft3/ft3 (207 ft3/ft3)
B. 프로판 - 20 %mol
1200 psig -40 ℉ 275 ft3/ft3 (166 ft3/ft3)
1200 psig -30 ℉ 236 ft3/ft3 (153 ft3/ft3)
1400 psig -40 ℉ 289 ft3/ft3 (206 ft3/ft3)
1500 psig -30 ℉ 279 ft3/ft3 (207 ft3/ft3)
C. 부탄 - 15 %mol
1200 psig -60 ℉ 269 ft3/ft3 (203 ft3/ft3)
1400 psig -40 ℉ 294 ft3/ft3 (206 ft3/ft3)
1500 psig -40 ℉ 301 ft3/ft3 (225 ft3/ft3)
위에 나타낸 A, B 및 C의 자료에서와 같이, 모든 경우에 있어서 명시된 적정 압력과 온도 하에서 저장된 액체 매질에 대한 압축 성능 수준은 2100 psig 및 -60 ℉에서의 CNG의 경우에 비해 경쟁력이 있다. 압축비에 있어서 A, B 및 C와 유사한 성능 수준은 순수한 메탄의 경우, (1) 2100 psig 의 압력과 -30 ℉ 내지 -20 ℉의 온도, 그리고 (2) 2500 psig의 압력과 -10 ℉ 내지 -0 ℉의 온도에서 나타날 수 있다.
상기 가스는, 상온에서 -100 ℉ 까지의 저온 용례의 경우 복합재료 용기 및 상호연결용 호스를 사용하고, -40 ℉ 까지의 적절한 온도의 용례의 경우 강철 용기를 사용하여 저장 및 운반되는 것이 바람직하다. 운반 방법은 농축된 상태로 용기에 담긴 천연 가스를 이용하여 통상의 도로, 철도 그리고 선박을 통해 이루어진다. 운반 용기는 통상의 구조를 가지거나 지상용 또는 수상용으로 사용되는 기존의 형태를 개량할 수도 있다. 저장 용기 구성에 있어서, 신형이 아닌 검증된 장비의 재료 내역이 사용된다.
저장 및 운반 과정에서의 냉각 장치는 케스케이드 프로판(cascade propane)과 같이 현재 이용가능한 다수의 검증된 상용 시스템 중 임의의 시스템일 수 있다. 당업자는, 전술한 장치를 개량하여 더 낮은 온도까지 효과적인 냉각이 가능하도록 하면 본 발명에서의 개선된 압축비를 얻을 수 있을 것이라는 점을 인식할 것이다(도 3a 내지 도 5c 참조). CNG 시스템에서 예상되는 3000 psig 또는 그 이상의 압력에 비해, 흡수성 액체를 회수하는데 필요한 감압 및 천연 가스의 재기화를 위한 가열은 겨우 1500 psig의 압력에서 시작되므로, 최소한의 에너지를 필요로 하는 특징이 있다. 또한 전술한 특징은 로딩 및 언로딩 시간에도 바람직한 영향을 미친다.
본 발명은, 앞서 명세서에서 본 발명의 특정한 실시예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 이보다 더 넓은 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고도 다양한 변 형 및 변경이 실시가능하다는 점은 명백하다. 예를 들면, 본 명세서에서 기술된 공정 흐름도에 도시된 공정 작업의 특정 순서와 조합은, 달리 언급이 없는 한 단지 예시적인 것이며, 본 발명은 상이하거나 추가적인 공정 작업 또는 상이한 조합이나 순서의 공정 작업을 이용하여 수행될 수 있다. 다른 예로서, 한 가지 실시예의 각 특징은 다른 실시예에서 제시된 다른 특징들과 조합되고 조화시킬 수 있다. 당업자에게 공지된 특징들과 공정들은 필요에 따라 유사하게 통합될 수도 있다. 추가적으로 그리고 분명하게, 필요에 따라 여러 가지 특징들을 추가하거나 배제할 수도 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 청구범위에 대응하는 특징 이외의 어떠한 것에 의해서도 한정되지 않는다.

Claims (26)

  1. 운반/저장에 적합한 액체를 얻기 위한 천연 가스와 적절한 용매의 혼합 공정으로서,
    약 -80 ℉ 이상의 온도로 천연 가스와 용매를 냉각하는 단계와,
    천연 가스와 용매를 조합하여 천연 가스와 용매의 액체 매질을 형성하는 단계, 그리고
    약 2150 psig 미만의 압력으로 액체 매질을 압축하는 단계
    를 포함하는 천연 가스와 적절한 용매의 혼합 공정.
  2. 제1항에 있어서, 상기 천연 가스와 용매를 냉각하는 단계는 천연 가스와 용매를 약 -60 ℉ 이상의 온도로 냉각하는 것을 포함하는 것인 천연 가스와 적절한 용매의 혼합 공정.
  3. 제1항에 있어서, 상기 액체 매질을 압축하는 단계는 액체 매질을 약 1440 psig 미만의 압력으로 압축하는 것을 포함하는 것인 천연 가스와 적절한 용매의 혼합 공정.
  4. 제3항에 있어서, 상기 천연 가스와 용매를 냉각하는 단계는 천연 가스와 용매를 약 -60 ℉ 이상의 온도로 냉각하는 것을 포함하는 것인 천연 가스와 적절한 용매의 혼합 공정.
  5. 제1항에 있어서, 상기 천연 가스와 용매를 냉각하는 단계는 천연 가스와 용매를 약 -40 ℉ 내지 -80 ℉의 온도로 냉각하는 것을 포함하는 것인 천연 가스와 적절한 용매의 혼합 공정.
  6. 제3항에 있어서, 상기 천연 가스와 용매를 냉각하는 단계는 천연 가스와 용매를 약 -40 ℉ 내지 -80 ℉의 온도로 냉각하는 것을 포함하는 것인 천연 가스와 적절한 용매의 혼합 공정.
  7. 제1항에 있어서, 상기 액체 매질을 압축하는 단계는 액체 매질을 약 1200 psig 내지 약 2150 psig의 압력으로 압축하는 것을 포함하는 것인 천연 가스와 적절한 용매의 혼합 공정.
  8. 제7항에 있어서, 상기 천연 가스와 용매를 냉각하는 단계는 천연 가스와 용매를 약 -60 ℉ 이상의 온도로 냉각하는 것을 포함하는 것인 천연 가스와 적절한 용매의 혼합 공정.
  9. 제7항에 있어서, 상기 천연 가스와 용매를 냉각하는 단계는 천연 가스와 용매를 약 -40 ℉ 내지 -80 ℉의 온도로 냉각하는 것을 포함하는 것인 천연 가스와 적절한 용매의 혼합 공정.
  10. 제1항에 있어서, 상기 용매는 에탄인 것인 천연 가스와 적절한 용매의 혼합 공정.
  11. 제1항에 있어서, 상기 용매는 프로판인 것인 천연 가스와 적절한 용매의 혼합 공정.
  12. 제1항에 있어서, 상기 용매는 부탄인 것인 천연 가스와 적절한 용매의 혼합 공정.
  13. 제1항에 있어서, 상기 가스는 메탄인 것인 천연 가스와 적절한 용매의 혼합 공정.
  14. 천연 가스를 포함하는 액체 매질을 -80 ℉ 이상의 온도로 냉각하는 단계와,
    상기 액체 매질을 2150 psig 미만의 압력으로 압축하는 단계
    를 포함하는 액체 매질에 천연 가스를 포함시키는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 액체 매질은 에탄인 것인 액체 매질에 천연 가스를 포함시키는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 액체 매질은 프로판인 것인 액체 매질에 천연 가스를 포함시키는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 액체 매질은 부탄인 것인 액체 매질에 천연 가스를 포함시키는 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 온도는 -60 ℉ 이상인 것인 액체 매질에 천연 가스를 포함시키는 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 압력은 1440 psig 미만인 것인 액체 매질에 천연 가스를 포함시키는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 압력은 1440 psig 미만인 것인 액체 매질에 천연 가스를 포함시키는 방법.
  21. 재사용하기에 유용한 용매를 만들 수 있도록 저장된 용매로부터 천연 가스를 분리하는 공정으로서,
    천연 가스와 용매를 가스화시키기 위해 상기 천연 가스와 용매의 혼합물을 가열하는 단계와,
    상기 용매가 액체상으로 되돌아가도록 상기 천연 가스와 용매의 혼합물의 압력을 낮추는 단계
    를 포함하는 천연 가스를 분리하는 공정.
  22. 제21항에 있어서, 상기 천연 가스와 용매의 혼합물을 가열하고 그 압력을 낮추는 단계 이전에, 상기 천연 가스와 용매의 혼합물을 1440 psig 이하의 압력과 -60 ℉ 이상의 온도로 유지하는 단계를 더 포함하는 것인 천연 가스를 분리하는 공정.
  23. 제21항에 있어서, 상기 천연 가스와 용매의 혼합물을 가열하고 그 압력을 낮추는 단계 이전에, 상기 천연 가스와 용매의 혼합물을 1440 psig 이하의 압력과 -80 ℉ 이상의 온도로 유지하는 단계를 더 포함하는 것인 천연 가스를 분리하는 공정.
  24. 제21항에 있어서, 상기 천연 가스와 용매의 혼합물을 가열하고 그 압력을 낮추는 단계 이전에, 상기 천연 가스와 용매의 혼합물을 2150 psig 이하의 압력과 -60 ℉ 이상의 온도로 유지하는 단계를 더 포함하는 것인 천연 가스를 분리하는 공정.
  25. 제21항에 있어서, 상기 천연 가스와 용매의 혼합물을 가열하고 그 압력을 낮 추는 단계 이전에, 상기 천연 가스와 용매의 혼합물을 2150 psig 이하의 압력과 -80 ℉ 이상의 온도로 유지하는 단계를 더 포함하는 것인 천연 가스를 분리하는 공정.
  26. 제21항에 있어서, 이후의 사용을 위해 상기 용매를 액체상으로 저장하는 단계를 더 포함하는 것인 천연 가스를 분리하는 공정.
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