KR20070052310A - 액화 천연 가스로부터 에탄의 추출방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액화 천연 가스(LNG)로부터의 가압 메탄 풍부 판매 가스와 천연 가스 액체(NGL)를 회수하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 특정 양태에서, LNG는 열 교환기를 통과함으로써 LNG의 적어도 일부를 가열 및 증기화시킨다. 부분적으로 증기화된 LNG는 분별증류탑을 통과하며, 여기서 에탄 플러스 및 메탄 풍부 증기 스트림이 배출된다. 배출된 메탄 풍부 증기 스트림은 열 교환기를 통과하여 증기를 응축시키고 2상 스트림을 생성시키며, 이는 분리기에서 적어도 메탄 풍부 액체 분획과 메탄 풍부 가스 분획으로 분리된다. 펌프가 메탄 풍부 액체 분획을 가압하여 증기화시킨 후, 이를 파이프라인으로 전달한다. 메탄 풍부 가스 분획은 압축되어, 증기화 메탄 풍부 액체 분획과 합쳐지거나 플랜트 사이트 연료로서 사용될 수 있다.
천연 가스 액체, 메탄 풍부 액체 분획, 메탄 풍부 기체 분획, 파이프라인 발송, 분별증류탑.
Description
관련 출원의 상호참조
본원은 2004년 9월 14일자로 출원된 미국 가특허원 제60/609,629호의 이익을 청구한다.
배경
본 발명의 양태는 통상 탄화수소를 가공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 양태는 액화 천연 가스로부터 천연 가스 액체 및 가압 메탄 풍부 판매 가스의 회수에 관한 것이다.
천연 가스는 천연 가스 생산이 천연 가스의 파이프라인 수송이 용이한 범위 내의 수요를 초과하는 먼 영역에서 통상 회수된다. 따라서, 증기상 천연 가스 스트림을 액화 천연 가스(LNG) 스트림으로 전환시키면 특수 LNG 탱커 속의 천연 가스를 시장 수요가 증가되는 적합한 LNG 핸들링 및 저장 터미날로 경제적으로 수송할 수 있다. 이후, LNG는 재증기화되어 천연 가스 파이프라인을 통해 소비자에게 전달하기 위한 기체상 연료로서 사용될 수 있다.
LNG는 주로 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등과 같은 포화 탄화수소 성분으로 이루어진다. 추가로, LNG는 질소, 이산화탄소 및 황화수소를 미량 함유할 수 있다. LNG를 분리시키면, 파이프라인 사양에 순응하는 주로 메탄으로 이루어진 파이프라인용 기체상 분획과 천연 가스 액체(NGL)로서 공지된 휘발성이 비교적 낮은 액체 탄화수소 분획을 제공한다. NGL은 에탄, 프로판, 부탄 및 미량의 기타 중질 탄화수소를 포함한다. 시장 조건에 따라, NGL의 성분들이 액체 생성물로서 보다 높은 수치를 가질 수 있기 때문에 NGL을 회수하여 이들을 연료 가스로서의 가치에 비해 석유화학적 원료로서 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
LNG의 가공 동안 NGL로부터 메탄을 분리시키기 위한 다양한 기술이 현존한다. 천연 가스 액체의 회수 및/또는 LNG 증기화에 관한 정보는 문헌에서 찾아볼 수 있다[참조: Yang, C. C. et al., "Cost effective design reduces C2 and C3 at LNG receiving termainals", Oil and Gas Journal, May 26, 2003, pp.50-53; US 2005/0155381 A1; US 2003/158458 A1; GB 1 150 798; FR 2 804 751 A; US 2002/029585; GB 1 008 394 A; US 3,446,029; and S. Huang, et al., "Select the Optimum Extraction Method for LNG Regasification," Hydrocarbon Processing, vol. 83, July 2004, pp.57-62].
그러나, 메탄 풍부 가스 스트림으로부터 NGL을 분리하는 경우 효율이 증가하는 LNG 가공 시스템 및 방법이 여전히 요구된다. LNG 내부에서 메탄과 에탄 플러 스를 둘 다 증기화시키는 유동 경로로 LNG를 선택적으로 전환시킬 수 있는 LNG 가공 시스템 및 방법도 추가로 요구된다.
요지
본 발명의 양태는 일반적으로, 액화 천연 가스(LNG)로부터 천연 가스 액체(NGL) 및 가압 메탄 풍부 판매 가스를 회수하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 특정 양태에서, LNG는 열 교환기를 통과함으로써 LNG의 일부 또는 전부를 가열 및 증기화시킨다. 부분적으로 증기화된 LNG는 에탄 플러스가 풍부한 액체 스트림과 메탄 풍부 증기 스트림이 배출되는 분별증류탑을 통과한다. 배출된 메탄 풍부 증기 스트림은 열 교환기를 통해 증기를 응축시키고 2상 스트림을 생성시키며, 이는 분리기에서 적어도 메탄 풍부 액체 분획과 메탄 풍부 가스 분획으로 분리된다. 펌프가 메탄 풍부 액체 분획을 가압하여 이를 증기화한 후 파이프라인으로 전달한다. 메탄 풍부 가스 분획을 압축하고 증기화된 메탄 풍부 액체 분획과 혼합하거나 플랜트 사이트 연료로서 사용할 수 있다.
본 발명의 특정 양태는 다음 도면에 나타내었다.
도 1은 액화 천연 가스용 가공 시스템의 공정 흐름 다이어그램이다.
도입 및 정의
이제 상세한 설명을 하고자 한다. 첨부된 청구의 범위의 각각의 청구항들은 별도의 발명을 한정하며, 이에 대한 침해 여부는 청구의 범위에 기술된 다양한 요소 또는 한정에 상응하는 등가물을 포함하여 결정하는 것으로 인정된다. 문맥을 고려해서, 하기 "발명"에 대한 모든 언급은 일부 경우에는 단지 특정 양태만을 지칭할 수 있다. 다른 경우, "발명"은 청구의 범위 중에서 하나 이상이지만 모두 다일 필요는 없는 청구항에 언급된 사항을 지칭할 것이다. 이제, 각각의 발명이 특정 양태, 변형태 또는 실시예를 포함해서 보다 상세하게 기술될 것이지만 이러한 양태, 변형태 또는 실시예에 국한되지 않으며, 각각의 발명은 당해 분야의 숙련가들이 본 특허의 정보를 가용 정보 및 기술과 조합하는 경우 본 발명을 제조 및 사용할 수 있도록 하기 위해 제공된 것이다. 본원에서 사용되는 다양한 용어가 이후 정의된다. 청구항에 사용된 용어가 아래에서 정의되지 않는 한, 관련 분야의 사람에게 하나 이상의 인쇄된 공보 또는 허여된 특허에서 반영된 바와 같은 용어를 제공하는 가장 넓은 의미의 정의가 주어져야 한다.
용어 "열 교환기"는 하나의 매질로부터 또 다른 매질로 열을 전달할 수 있는 임의의 장치를 의미하며, 특히 임의의 구조물, 예를 들면, 열 교환기로서 통상 지칭되는 장치를 포함한다. 따라서, 열 교환기는 판-틀, 쉘-관, 나선상, 헤어핀, 코어, 코어-케틀 및 이중 파이프의 형태이거나 공지된 열교환기 상의 임의의 기타 형태일 수 있다. 바람직하게는, 열 교환기는 납땜된 알루미늄판 핀 형태이다.
용어 "분별증류 시스템"은 하나 이상의 증류탑을 갖는 임의의 구조물, 예를 들면, 하향 낙하하는 액체와 상향 상승하는 증기 사이를 접촉시키기 위한 트레이들 및/또는 무작위 또는 구조화 팩킹을 함유하는 가열된 탑을 의미한다. 당해 분별증류 시스템은 NGL을 회수하기 위한 하나 이상의 탑을 포함할 수 있으며, NGL은 하나 이상의 추가의 분별증류탑에서 가공되어 에탄, 프로판 및 부탄 플러스 분획을 포함하는 분리 생성물로 분리될 수 있다.
용어 "액화 천연 가스"(LNG)는 미정제 유정(관련 가스)으로부터 수득되거나 가스정(비관련 가스)으로부터 수득된 액체 상태의, 예를 들면, 일부 액화 형태를 거친 천연 가스를 의미한다. 일반적으로, LNG는 주성분으로서의 메탄(C1)을 에탄(C2) 및 이보다 고급 탄화수소와 같은 미량 성분과 이산화탄소, 황화수소 및 질소와 같은 오염물과 함께 함유한다. 예를 들면, LNG 내의 전형적인 C1 농도(에탄 제거 전)는 약 87 내지 92%이고, LNG 중의 전형적인 C2 농도는 약 4 내지 12%이다.
용어 "메탄 풍부"는, 예를 들면, 분별증류로부터 에탄 플러스 양이 회수된 후의 임의의 증기 또는 액체 스트림을 지칭한다. 따라서, 메탄 풍부 스트림은 LNG에서의 C1의 농도보다 C1의 농도가 더 높다. 바람직하게는, C1의 농도 증가는 LNG 중의 에탄의 95% 이상을 제거하고 실질적으로 모든 프로판 플러스를 제거함에 따른 것이다.
용어 " 천연 가스 액체"(NGL) 및 "에탄 플러스"(C2 +)는 광범위하게는 에탄, 프로판, 부탄과 같은 탄소수 2 이상의 탄화수소와 가능하게는 소량의 펜탄 또는 이보다 고급 탄화수소를 지칭한다. 바람직하게는, NGL의 메탄 농도는 0.5몰% 이하이다.
용어 "플랜트 사이트 연료"는 본원에 기술된 바와 같이 LNG를 가공하기 위한 시스템을 포함할 수 있는 플랙트를 작동 및 조작하는데 필요한 연료를 지칭한다. 예를 들면, 플랜트 사이트 연료의 양은 당해 시스템에 의해 생성된 전달 가스의 약 1%에 달할 수 있다.
특정 양태의 설명
특정 양태에서, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법은,
액화 천연 가스(LNG)를 열 교환기로 통과시켜 가열된 LNG를 제공하는 단계,
가열된 LNG를 메탄 풍부 증기 스트림 및 천연 가스 액체(NGL) 스트림으로 분별증류하는 단계,
메탄 풍부 증기 스트림을 열 교환기를 통과시켜 메탄 풍부 증기 스트림으로부터의 열을 열 교환기를 통과하는 LNG로 전달하고 메탄 풍부 액체 상 및 메탄 풍부 증기 상을 포함하는 2상 스트림을 제공하는 단계,
2상 스트림을 적어도 메탄 풍부 액체 분획 및 메탄 풍부 가스 분획으로 분리하는 단계,
메탄 풍부 액체 분획의 압력을 증가시켜 발송(sendout) 액체 스트림을 제공하는 단계 및
파이프라인으로 전달하기 위한 판매 가스를 제공하기 위해, 발송된 액체 스트림을 회수하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 액화된 천연 가스(LNG)를 가공하기 위한 시스템은,
열 교환기,
LNG 공급원 및 열 교환기와 유체 전달 상태인 LNG 유입 라인(당해 LNG 유입 라인은, LNG가 LNG 유입 라인과 열 교환기를 통과할 수 있도록 배열된다),
열 교환기와 유체 전달 상태이며 메탄 풍부 증기 스트림용 제1 출구와 천연 가스 액체(NGL) 스트림용 출구를 갖는 분별증류 시스템,
증기-액체 분리기,
분별증류 시스템의 제1 출구를 증기-액체 분리기에 유체적으로 접속시키는 응축 라인(당해 응축라인은 열 교환기를 통과하며, 메탄 풍부 증기 스트림으로부터의 열이 열 교환기를 통과하는 모든 LNG로 전달되도록 배열된다),
증기-액체 분리기에서 회수된 액체와 유체 전달 상태인 유입구를 갖는 펌프 및
펌프의 출구와 판매 가스를 전달하기 위한 파이프라인과 유체 전달 상태인 증기화기를 포함한다.
다른 양태에서, 액화된 천연 가스(LNG)의 제조방법은,
천연 가스 액체(NGL)를 함유하는 LNG를 제공하는 단계(a),
LNG의 압력을 제1 압력으로 증가시켜 가압 LNG를 제공하는 단계(b),
가압 LNG를 열 교환기로 통과시켜 LNG를 가열하여, 가열된 LNG를 제공하는 단계(c),
가열된 LNG를, 메탄 풍부 증기 스트림과 NGL 스트림을 생성시키는 분별증류 시스템으로 통과시키는 단계(d),
분리 시스템에 의해 생성된 메탄 풍부 증기 스트림을 열 교환기를 통해 통과시켜, 액체 상 및 기체 상을 포함하는 2상 스트림을 제공하는 단계(e),
2상 스트림을 적어도 액체 분획 및 가스 분획으로 분리하는 단계(f),
액체 분획의 압력을, 제1 압력보다 더 높은 제2 압력으로 증가시켜 가압 액체 분획을 제공하는 단계(g) 및
가압 액체 분획의 일부 또는 전부를 에탄 플러스 성분을 추가로 제거하지 않으면서 증기화시켜 고압 메탄 풍부 가스를 제공하는 단계(h)를 포함한다.
도면에 도시된 양태의 설명
도 1은 LNG를 가공하기 위한 하나 이상의 방법 및 시스템의 예를 도시한다. 도 1에서 다양한 부품들을 연결하는 실선은 탄화수소 스트림, 예를 들면, 도관(예: 파이프) 내부에 함유된 유동하는 LNG 또는 NGL 조성물을 나타낸다. 플랜지 및 밸브와 같은 구조물은 도시되지 않았지만, 시스템의 일부로서 간주되어야 한다. 각각의 스트림은 액체, 가스 또는 경우에 따라 2상 조성물일 수 있다. 화살표는 각각의 스트림의 유동 방향을 나타낸다. 점선은 또 다른 또는 추가의 스트림을 나타낸다.
LNG 가공 시스템(100)은 LNG 공급물(101), 1차 열 교환기(122), 분별증류탑(128) 및 배출물 분리기(144)를 포함한다. LNG 공급물(101)은 LNG 탱크(102)로 공급되며, LNG 탱크(102)로부터의 증발 증기 스트림(boil-off vapor stream)(104)은 공급물 압축기(106)에 의해 압축되며, LNG 탱크(102)로부터의 LNG 액체 스트림(108)은 주요 공급물 펌프(110)에 의해 압력이 증가한 후 공급물 혼합기(111)에서 혼합되며, 여기서 압축된 증발 증기를 압축하여 단일상 LNG 액체공급 스트림(112)를 제공한다. LNG 액체 공급 스트림(112)은 주요 공급 펌프(114)를 통과하여, LNG 액체공급 스트림(112)의 압력을 다양한 인자에 따라, 예를 들면, 분별증류탑(128)의 작동 파라미터 및 회수될 NGL의 목적하는 조성에 따라 목적하는 작동 압력으로 증가시킨다. 펌프(114)로부터의 배출물은 가압 공급 스트림(116)을 생성시킨다. 바람직하게는, 가압 공급 스트림(116)의 작동 압력은 약 500 내지 600psia이다. 또는, 작동 압력은 200, 300 또는 400psia 정도로 낮은 범위이거나 700, 800 또는 900psia 정도로 높을 수 있다. 일부 양태에서, LNG 공급물(101)은, LNG 공급물(101)이 압력을 증가시킬 필요 없이 열 교환기(122) 속으로 공급되도록 하기에 충분한 작동 압력을 갖는다. 가압 공급 스트림(116)의 분획을 분리하여 환류 스트림(118)을 제공하고, 이는 분별증류탑(128)용 외부 환류를 제공한다.
가압 공급 스트림(116)은 1차 열 교환기(122)에 공급되며, 여기서 가압된 공급 스트림(116)이 가열되고 부분적으로 또는 전체적으로 증기화한다. 가압된 공급 스트림(116)은 1차 열 교환기(122)에 유입되기 전에 약 -250℉의 온도이다. 공급 스트림(116)은 1차 열 교환기(122)를 통과한 다음, 외부 열 공급물(124), 예를 들면, 1차 열 교환기(122)를 통과하여 추가로 가열될 수 있다. 특히 유리한 양태에서, 외부 열 공급물(124)는 온도 조절된 후에 LNG 스트림을 바람직하게는 약 -120℉이지만 -160℉, -150℉, -140℉ 정도로 낮거나 -110℉, -100℉ 또는 -90℉ 정도로 낮을 수 있는 온도에서 가열된 공급 스트림(125)로서 탈메탄 분리기(126)에 공급한다. 탈메탄 분리기(126)은 바람직하게는 분별증류탑이고, 생략될 수도 있으며, 일부 양태에서 분별증류탑(128)과 결합하거나 이의 내부와 결합하여 분별증류 시스템을 형성할 수 있다. 탈메탄 분리기(126)는 가열된 공급 스트림(125)를 메탄 풍부 증기 스트림(136)을 형성하는 가스 상과 분별증류탑 공급 스트림(127)을 형성하는 액체 상으로 분리시킨다. 분별증류탑 공급 스트림(127)은 분별증류탑(128)에 유입되어 메탄 풍부 오버헤드 스트림(134) 및 NGL 스트림(132)로 분별증류된다. 분별증류탑(128)용 리보일러(130)가 가열하여 증류 공정을 용이하게 하고 NGL로부터 메탄의 제거를 증가시킨다. 리보일러(130)는 하나 이상의 잠수 연소 증기화기 또는 독립형 가열 시스템에 의해 열을 가할 수 있다.
분별증류탑(128)로부터의 메탄 풍부 오버헤드 스트림(134)를 증기 혼합기(138) 속에서 메탄 풍부 증기 스트림(136)과 혼합하여, 혼합된 메탄 풍부 증기 스트림(140)을 제공한다. 증기 스트림(140)은 1차 열 교환기(122)를 통과하며, 여기서 증기 스트림(140)은 공급 스트림(116)과 열을 교환함으로써 LNG 공급물(101)의 냉동 포텐셜을 효과적으로 이용하며, 당해 LNG 공급물(101)은 열교환기로 유입되기 전에 약 -250℉의 온도를 갖는 것이 바람직하며, 예를 들면, -225℉ 또는 -200℉ 정도의 높은 온도로부터 -275℉ 정도의 낮은 온도까지의 범위이다. 하나 이상의 유리한 양태에서, 증기 스트림(140)은 시스템(100) 중의 효율을 증가시키기 위하여 1차 열 교환기(122)를 통과하기 전까지는 압축되지 않으며, 이는 기체 압축이 액체를 펌핑하는 것보다 더 많은 에너지를 필요로 한다는 전제를 근거로 한다. 따라서, 1차 열 교환기(122)에서 증기 스트림(140)을 응축시키기 전에 증기 스트림(140)을 압축시키려면 도 1에 도시된 시스템(100)에 의해 소모된 에너지에 비해 더 많은 에너지를 필요로 한다. 증기 스트림(140)은 열 교환기(122)에서 부분적으로 응축하며 열 교환기(122)에서 2상 스트림(142)으로서 배출된다. 바람직하게는, 증기 스트림(140)의 85% 이상이 열 교환기(122) 중의 액체로 응축되고, 보다 바람직하게는 증기 스트림(140)의 90% 이상이 열 교환기(122)에서 액체로 응축되며, 가장 바람직하게는 증기 스트림(140)의 95% 이상이 열 교환기(122)에서 액체로 응축된다. 공정 조건이 증기의 대부분을 응축시킬 수 있는 것으로 보일지라도, 통상 일부 잔여 증기를 남기는 것이 바람직할 것이다. 압축기, 예를 들면, 아래에서 논의되는 압축기(158)는 일시 생성물을 처리하도록 크기가 조절되어야 하며, 당해 일시 생성물은 비정상 상태 조작 동안 증기를 생성할 수 있다. 2상 스트림(142)은 배출 분리기(144), 예를 들면, 2상 플래쉬 드럼에서 메탄 풍부 액체 스트림(146)과 메탄 풍부 배출 가스 스트림(148)으로 분리된다. 따라서, 대부분의 증기 스트림(140)은 메탄 풍부 액체 스트림(146)을 형성하며, 이는 고가이고 비효율적인 압축을 필요로 하지 않으면서 발송 펌프(150)에 의해 발송 압력으로 용이하게 펌핑될 수 있다. 마찬가지로, 오직 소량의 증기 스트림(140)만이 발송 압축기(158)에 의해 전속 압력을 상승시켜야 하는 배출 가스 스트림(148)을 형성한다. 액체 스트림(146)을 발송 압력으로 펌핑하고 배출 가스 스트림(148)을 발송 압력으로 상승시킨 후, 발송 증기화기(152) 및 가열기(160)는 둘 다 개방형 래크 수 증기화기 또는 잠수된 연소 증기화기 일 수 있으며, 이들은 각각 가열된 배출 가스 스트림(161)과 증기화 및 가열된 배출 가스 스트림(153)을 제공한다. 따라서, 가열된 배출 가스 스트림(161)과 증기화 및 가열된 배출 가스 스트림(153)은 메탄 풍부 전달 가스 스트림(156)을 시장(예: 800psia 이상과 같은 높은 압력에서 기체를 수송하는 가스 파이프라인)으로 전달하기 위한 배출물 혼합기(154)에서 합칠 수 있다.
특히 유리한 양태에서, 시스템(100)은 추가로 "NGL 회수 모드" 및 "NGL 거부 모드" 사이에서 전환될 수 있다. NGL 회수 모드에서, NGL의 전부는 아니지만 대부분이 LNG 공급물(101)로부터 추출된 후, 상술한 바와 같이 LNG 공급물(101)을 증기화시킨다. 그러나, NGL 거부 모드에서는, 모든 LNG 공급물(101)(에탄 플러스 분획 포함)이 증기화되어 방향 전환된 경로(300)(점선으로 표시)에 의해 시장으로 전달된다. 펌프(110, 114, 150)를 사용하여 발송 압력에 도달하기 위하여 LNG 공급물(101)에 필요한 압력을 증가시키는 데 사용될 수 있다. 추가로, 리보일러(130), 증기화기(124, 152) 및 가열기(160)과 같은 열 공급원은 펌프(110, 114, 150)에 의해 가압된 후 LNG 공급물(101)을 발송 온도로 가열하고 증기화하기에 충분한 에너지를 제공한다. 밸브 및 기타 추가의 도관을 사용하여, NGL 거부 모드 동안 사용되지 않는 부품들[예: 탈메탄 분리기(126) 및 분별증류탑(128)]을 우회하고 NGL 거부 모드 동안 열 공급원 앞에 펌프를 배열할 수 있다.
도 1은 실선에 의해 나타낸 바와 같이 무수한 선택과 이의 조합을 추가로 도시한다. 예를 들면, 분별증류탑(128)에 대한 외부 환류는 환류 스트림(118)을 제외한 다양한 공급원으로부터 제공될 수 있으며, 가압 공급 스트림(116)은 LNG 공급물(101)로부터 추가의 열 교환기(116)로 냉각 포텐셜을 제공할 수 있으며, 추가의 열 교환기(116)은 시스템(100)에서 1차 열 교환기(122) 뒤에서 사용될 수 있다. 하나 이상의 다른 양태에서, 메탄 풍부 가스 스트림(148)의 일부 또는 전부가 플랜트 사이트 연료 스트림(200)으로 방향을 전환하여 가열되고 시스템(100) 및 부속 플랜트를 운행 및 작동시키는 데 사용될 수 있다.
추가의 양태 또는 다른 양태에서, 메탄 풍부 액체 스트림(146)은 분리되어 희박 환류 스트림(400)을 제공할 수 있으며, 이를 펌프(402)에 의해 압력을 증가시킨 다음, 희박 외부 환류 스트림(404)로서 분별증류탑(128)에 유입될 수 있다. 분별증류탑(128)의 오버헤드로부터 보다 무거운 탄화수소를 제거하는 데 있어서 희박 외부 환류 스트림(404)의 효율을 추가로 개선시키기 위해, 당해 희박 외부 환류 스트림(404)를 환류 열 교환기(도시되지 않음)에 의해 냉각시킬 수 있으며, 당해 환류 열 교환기는 가압 공급물 스트림(116)에 대해 희박 외부 환류 스트림(404)를 냉각시키는 작용을 한다. 추가의 양태에서, 시스템(100)은 응축 열 교환기(502)와 유체 전달 상태[예: 유동 경로 (501)]인 응축기(500)을 포함할 수 있다. 응축기(500)은 별개이거나, 분별증류탑(128)의 냉각부의 내부일 수 있다. 분별증류탑(128)에 대한 응축기 환류 스트림(504)를 제공하기 위해, 분별증류탑 오버헤드는 응축기 열 교환기(502)를 통해 가압 공급 스트림(116)과 직접적으로 또는 간접적으로 열을 교환한다. 외부 환류는 LNG 공급물(101)로부터 에탄보다 고급인 탄화수소를 제거하고 메탄 풍부 오버헤드 스트림(134)으로부터 제거된 NGL의 백분율(%)을 증가시키는 데 특히 유용하다.
NGL 스트림(132)의 일부 또는 전부가 고압에서 시장으로 직접 전달되지 않는 다른 양태에서, 시스템(100)은 가압 공급 스트림(116)에 대해 NGL 스트림(132)를 냉각시키기 위한 NGL 열 교환기(600)을 포함할 수 있으며, 이로써 일단 NGL 스트림(132)이 대기압에서 에탄 탱크(602)에서의 저장 또는 배출 NGL 스트림(604)에서의 전달을 위해 대기압으로 감압되며 최소한의 플래쉬가 있게 된다. 에탄 탱크(602)로부터의 플래쉬 가스 스트림(606)은 에탄 압축기(608)에 의해 압축될 수 있으며 NGL 스트림(132)를 통한 NGL 회수를 증가시키기 위해 분별증류탑(128)의 하부로 공급되어, 플래쉬 가스 스트림(606)의 화염 형성을 피하고 리보일러(130)의 역할을 감소시킨다.
본원에서 기술된 공정 양태의 예들을 아래에서 기술하고자 하며, 명확히 하고자 가능하다면 도 1의 참조 기호를 사용하였지만 이에 제한되지는 않는다. LNG의 가공방법은, 가압 LNG(116)를 열 교환기(122)로 통과시켜 가열된 LNG(125)를 제공하는 단계, 가열된 LNG(125)를 메탄 풍부 증기 스트림(134) 및 NGL 스트림(132)으로 분별증류하는 단계, 증기 스트림(134)을 열 교환기(122)로 통과시켜 액체 상 및 증기 상을 포함하는 2상 스트림(142)을 제공하는 단계, 2상 스트림(142)을 적어도 액체 분획(146) 및 가스 분획(148)으로 분리하는 단계, 액체 분획(146)의 압력을 증가시켜 발송 액체 스트림을 제공하는 단계 및 발송된 액체 스트림을 회수하여 증기화하여 시장(153)으로 전달하는 단계를 포함한다. LNG를 증기화하는 또 다른 방법은 NGL로부터 메탄을 실질적으로 분리시키기 위한 NGL 회수 모드와 NGL 거부 모드를 갖는 증기화 시스템(100)을 제공하는 단계 및 증기화 시스템(100)을 회수 모드와 거부 모드 사이에서 전환시키는 단계를 포함하며, 이들 모드들은 통상적인 펌프들(110, 114, 150)과 열 공급원(124, 130, 152, 160)을 사용한다.
실시예
1
가상의 물질 및 에너지 수지를 도 1에서 실선으로 도시한 공정과 관련하여 수행한다. 당해 데이타는 HYSYSTM(제조원: 캐나다 갤거리 소재의 Hyprotech Ltd.)로 불리는 시판 중인 공정 모사 프로그램을 사용하여 생성시킨 것이다. 그러나, HYSIMTM, PROIITM 및 ASPEN PLUSTM를 포함하는 기타 시판 중인 공정 모사 프로그램을 사용하여 데이타를 개발할 수 있음도 고려된다. 당해 데이타는, 가압 공급 스트림(116)이 표 1에 제시한 바와 같은 전형적인 LNG 조성을 갖는 것으로 추정된다. 표 1에 제시된 데이타는 본원의 교시의 관점에서 여러 가지 방식으로 가변적일 수 있으며, 도 1에서 실선으로 도시한 시스템을 보다 용이하게 이해하도록 제시된 것이다. 당해 시스템은 LNG로부터 에탄 95.7%(41290 BPD)를 회수하면서, 35℉ 및 1215psia에서 전달하기 위한 메탄 풍부 가스를 1027 MMSCFD 전달한다.
실시예
2
표 2는 NGL 회수 모드(도 1의 실선으로 나타낸 양태 사용)를 NGL 거부 모드와 비교한 또 다른 모사의 일부이며, 여기서 시스템(100)은 LNG 공급 스트림(101) 전부를 증기화시키도록 전환된다. 표 2에 제시된 바와 같이, NGL 회수 모드는 NGL 거부 모드에 비해 약 5320 마력의 추가 동력 요건을 필요로 한다. 추가로, NGL 회수 모드에 대한 물 증기화 하중은 NGL 거부 모드에 비해 약 9% 감소한다. 따라서, 증기화를 위해 물 또는 해수를 냉각시키는 데 필요한 효용은 NGL 회수 모드를 취급하기에 충분하다.
실시예
3
표 3은 도 1에 도시된 다양한 스트림에서 C1 및 C2 +의 상이한 대체 농도의 예들을 나타낸다.
Claims (38)
- 액화 천연 가스(LNG)를 열 교환기로 통과시켜 가열된 LNG를 제공하는 단계,가열된 LNG를 메탄 풍부 증기 스트림 및 천연 가스 액체(NGL) 스트림으로 분별증류하는 단계,메탄 풍부 증기 스트림을 열 교환기를 통과시켜 메탄 풍부 증기 스트림으로부터의 열을 열 교환기를 통과하는 LNG로 전달하고 메탄 풍부 액체 상 및 메탄 풍부 증기 상을 포함하는 2상 스트림을 제공하는 단계,2상 스트림을 적어도 메탄 풍부 액체 분획 및 메탄 풍부 가스 분획으로 분리하는 단계,메탄 풍부 액체 분획의 압력을 증가시켜 발송(sendout) 액체 스트림을 제공하는 단계 및파이프라인으로 전달하기 위한 판매 가스를 제공하기 위해, 발송된 액체 스트림을 회수하는 단계를 포함하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서, 파이프라인으로 전달하기 위한 메탄 및 에탄 플러스를 포함하는 판매 가스를 제공하기 위해, LNG를 소정 시점에서 분별증류탑을 우회하는 방향 전환된 유동 경로로 방향전환시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서, 판매 가스의 메탄 농도가 메탄 풍부 액체 분획의 메탄 농도와 실질적으로 동일함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서, 가열된 LNG를 분별증류탑에서 분별증류하여 탑 배출 압력의 메탄 풍부 증기 스트림을 생성시키고, 열 교환기에 유입된 메탄 풍부 증기 스트림의 압력이 탑 배출 압력과 실질적으로 동일함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서, 메탄 풍부 증기 스트림을 열 교환기로 통과시키는 공정이 메탄 풍부 증기 스트림의 압력을 실질적으로 증가시키지 않으면서 수행됨을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서, LNG의 압력을 증가시킨 다음, LNG를 열 교환기로 통과시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서, LNG 탱크로부터의 압축된 증발 증기 스트림(boil-off vapor stream)을 LNG 탱크로부터의 LNG 액체 스트림과 혼합시켜 제1 압력으로 증가시키고, 이러한 혼합 공정에 의해 LNG 공급 스트림을 제공하는 단계 및LNG 공급 스트림의 압력을 제2 압력으로 증가시켜, 열 교환기를 통과시키기 위한 LNG를 제공하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가 스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서, 메탄 풍부 액체 상이 2상 스트림의 85중량% 이상을 구성함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서, 메탄 풍부 액체 상이 2상 스트림의 95중량% 이상을 구성함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서, 메탄 풍부 증기 스트림을 열 교환기로 통과시키는 공정이 메탄 풍부 증기 스트림의 압력을 증가시키지 않으면서 수행되고, 메탄 풍부 액체 상이 2상 스트림의 85중량% 이상을 차지함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서, 발송 액체 스트림의 압력이 1000psia 이상임을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서, 판매 가스의 파이프라인으로의 전달이 파이프라인을 통해 800psia 이상의 압력에서 메탄 풍부 가스를 발송하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서, 메탄 풍부 증기 스트림과 발송 액체 스트림 각각의 메탄 농도가 98몰% 이상임을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서, NGL 스트림의 에탄 플러스 농도가 98몰% 이상임을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서, 메탄 풍부 가스 분획의 일부 또는 전부를 플랜트 사이트 연료로서 사용하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서, 파이프라인으로 전달하기 위한 메탄 풍부 가스 분획의 일부 또는 전부의 압력을 상승시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서, NGL 스트림을 가열된 LNG로 열 교환시켜 NGL 스트림을 냉각시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서,NGL 스트림을 가열된 LNG와 열 교환시켜 냉각된 NGL 스트림을 제공하는 단계 및냉각된 NGL 스트림을 실질적으로 대기압으로 플래싱하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서,NGL 스트림을 가열된 LNG와 열 교환시켜 냉각된 NGL 스트림을 제공하는 단계,냉각된 NGL 스트림을 실질적으로 대기압으로 플래싱하여 플래싱된 NGL 스트림을 제공하는 단계 및플래싱된 NGL 스트림을 저장소로 통과시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서, LNG의 일부를 열 교환기를 지나가는 환류 스트림으로 스플릿팅하고 가열된 LNG를 분별증류하기 위한 환류를 제공하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서, 메탄 풍부 액체 분획의 일부를 환류 스트림으로 스플릿팅하고 당해 환류 스트림이 가열된 LNG를 분별증류하기 위한 환류를 제공하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 제1항에 있어서,메탄 풍부 액체 분획의 일부를 환류 스트림으로 스플릿팅하는 단계 및환류 스트림을 가열된 LNG에 대해 냉각시켜, 가열된 LNG를 분별증류하기 위한 환류를 제공하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 가공방법.
- 천연 가스 액체(NGL)를 함유하는 LNG를 제공하는 단계(a),LNG의 압력을 제1 압력으로 증가시켜 가압 LNG를 제공하는 단계(b),가압 LNG를 열 교환기로 통과시켜 LNG를 가열하여, 가열된 LNG를 제공하는 단계(c),가열된 LNG를, 메탄 풍부 증기 스트림과 NGL 스트림을 생성시키는 분별증류 시스템으로 통과시키는 단계(d),분리 시스템에 의해 생성된 메탄 풍부 증기 스트림을 열 교환기를 통해 통과시켜, 액체 상 및 기체 상을 포함하는 2상 스트림을 제공하는 단계(e),2상 스트림을 적어도 액체 분획 및 가스 분획으로 분리하는 단계(f),액체 분획의 압력을, 제1 압력보다 더 높은 제2 압력으로 증가시켜 가압 액체 분획을 제공하는 단계(g) 및가압 액체 분획의 일부 또는 전부를 에탄 플러스 성분을 추가로 제거하지 않으면서 증기화시켜 고압 메탄 풍부 가스를 제공하는 단계(h)를 포함하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 제조방법.
- 제23항에 있어서, LNG 분획을 회수함으로써 분별증류 시스템에 대한 냉동 듀티(refrigeration duty)의 일부 또는 전부를 제공한 다음, 회수된 LNG 분획을 가열하고 분별증류 시스템으로 통과시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 제조방법.
- 제23항에 있어서, 분별증류 시스템에 의해 제조된 메탄 풍부 증기 스트림의 일부 또는 전부를 LNG와 열 교환 상태로 통과시킴으로써 분별 증류 시스템에 대한 냉동 듀티의 일부 또는 전부를 제공하여 메탄 풍부 증기 스트림을 냉각시키고, 냉각된 스트림의 일부 또는 전부를 분별증류탑으로 통과시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 제조방법.
- 제23항에 있어서,LNG의 분획을 회수함으로써 분별증류 시스템용 냉동 듀티의 일부 또는 전부를 제공한 다음, 회수된 분획을 가열하고 이를 분별증류 시스템으로 통과시키는 단계,분별증류 시스템에 의해 제조된 메탄 풍부 증기 스트림의 일부 또는 전부를 LNG와 열 교환 상태로 통과시킴으로써 메탄 풍부 증기 스트림을 냉각시키는 단계 및냉각된 스트림의 일부 또는 전부를 분별증류탑으로 통과시키는 단계를 추가 로 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 제조방법.
- 제23항에 있어서, NGL 스트림이 주성분으로서 에탄을 가짐을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 제조방법.
- 제23항에 있어서, 단계(a)의 LNG의 압력이 대기압이거나 대기압에 근접함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 제조방법.
- 제23항에 있어서, 제1 압력이 400 내지 600psia임을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 제조방법.
- 제23항에 있어서, 제2 압력이 1,000 내지 1,300psia의 범위임을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)의 제조방법.
- 열 교환기,LNG 공급원 및 열 교환기와 유체 전달 상태인 LNG 유입 라인(당해 LNG 유입 라인은, LNG가 LNG 유입 라인과 열 교환기를 통과할 수 있도록 배열된다),열 교환기와 유체 전달 상태이며 메탄 풍부 증기 스트림용 제1 출구와 천연 가스 액체(NGL) 스트림용 출구를 갖는 분별증류 시스템,증기-액체 분리기,분별증류 시스템의 제1 출구를 증기-액체 분리기에 유체적으로 접속시키는 응축 라인(당해 응축라인은 열 교환기를 통과하며, 메탄 풍부 증기 스트림으로부터의 열이 열 교환기를 통과하는 모든 LNG로 전달되도록 배열된다),증기-액체 분리기에서 회수된 액체와 유체 전달 상태인 유입구를 갖는 펌프 및펌프의 출구와 판매 가스를 전달하기 위한 파이프라인과 유체 전달 상태인 증기화기를 포함하는, 액화된 천연 가스(LNG)를 가공하기 위한 시스템.
- 제31항에 있어서, 응축 라인이 메탄 풍부 증기 스트림에 대해 압력을 증가시키지 않으면서 분별증류 시스템의 제1 출구를 열 교환기에 연결시킴을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)를 가공하기 위한 시스템.
- 제31항에 있어서, LNG가 열 교환기를 통과하는 동안 LNG에 대해 NGL을 냉각시키기 위해 분별증류 시스템의 제2 출구와 유체 전달 상태인 NGL 열 교환기를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)를 가공하기 위한 시스템.
- 제31항에 있어서, 분별증류 시스템에 환류를 제공하는 분별증류 시스템용 응축기를 추가로 포함하며, LNG가 응축기를 통과하는 동안 당해 응축기가 LNG에 대해 열 교환을 수행함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)를 가공하기 위한 시스템.
- 제31항에 있어서, 증기-액체 분리기가 파이프라인과 유체 전달하는 증기 출구를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)를 가공하기 위한 시스템.
- 제31항에 있어서, 증기-액체 분리기가 파이프라인 및 플랜트 사이트 연료 라인과 유체 전달 상태인 증기 배출구를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)를 가공하기 위한 시스템.
- 제31항에 있어서, 분별증류 시스템이 증기-액체 분리기에서 회수된 액체의 일부와 유체 전달 상태인 환류 유입구를 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)를 가공하기 위한 시스템.
- 제31항에 있어서, 분별증류 시스템이 LNG 유입 라인의 일부와 유체 전달 상태인 환류 유입구를 포함함을 특징으로 하는, 액화된 천연 가스(LNG)를 가공하기 위한 시스템.
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