KR20090042815A - 액체 스트림의 기화 방법 및 장치 - Google Patents

액체 스트림의 기화 방법 및 장치 Download PDF

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카스퍼 크레이노 그루타이스
이리나 타나에바
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쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이.
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Abstract

본 발명은, 액체 스트림, 특히 액화천연가스 등의 액체 탄화수소 스트림의 기화 방법으로서, 이 방법은, 적어도,
a) 폐쇄 회로 (4) 에서 순환되는 열전달 유체를 제 1 열전달 영역 (2) 에 공급하는 단계, b) 제 1 열전달 영역 (2) 에 기화될 액체 스트림 (20) 을 공급하는 단계, c) 액체 스트림에 열전달 유체로부터 제 1 열전달 영역 (2) 의 열전달면을 가로질러 액체 스트림에 열을 전달하여, 액체를 기화하고, 열전달 유체를 적어도 부분적으로 응축하는 단계, d) 단계 c) 에서 얻어진 기화 액체 스트림 (30) 을 제거하는 단계, e) 단계 c) 에서 얻어진 적어도 부분적으로 응축된 열전달 유체를 제거하고, 이 유체를 제 2 열전달 영역 (3) 에 통과시키는 단계, f) 적어도 부분적으로 응축된 열전달 유체에 대기로부터 제 2 열전달 영역 (3) 의 열전달면을 가로질러 열을 제공하여, 열전달 유체를 기화하는 단계, 및 g) 기화된 열전달 유체를 제 1 열전달 영역 (2) 에 재순환시키는 단계를 포함하며,
상기 열전달 유체는 폐쇄 회로 (4) 에서 순환되는 열전달 유체에 부과된 중력을 사용하여 단계 g) 에서 재순환되는, 액체 스트림의 기화 방법에 관한 것이다.

Description

액체 스트림의 기화 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR VAPORIZING A LIQUID STREAM}
본 발명은 액체 스트림을, 특히 액화천연가스 (LNG) 등의 액체 탄화 수소 스트림을 기화시키는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 LNG 인수 기지에서의 LNG 의 기화 (종종 "재가스화" 로도 언급함) 에 관한 것이다.
LNG 는, 통상, 극미량의 펜탄 및 중질 탄화 수소 성분과 함께 에탄, 프로판 및 부탄의 변화 양을 포함하는 메탄으로 주로 액화된다. 통상, LNG 는 저급 방향족 탄화수소이며, H2O, N2, CO2, H2S 및 다른 황 성분 등의 비탄화수소이며, 이들 성분은 통상 천연 가스 스트림을 액화하기 이전에 적어도 부분적으로 제거되고 있으며, 이후 액체 형태로 저장되거나 운반된다. 이를 위해, '탄화수소 스트림', 'LNG' 또는 '천연 가스' 는 일정 조성으로 제한되게 해석되서는 않되며, 오히려 일반적인 액체 스트림, 특히 탄화 수소를 함유하는 스트림으로서 이해되어야 한다.
몇가지의 이유로 천연 가스를 액화시키는 것이 바람직하다. 예를 들면, 적은 용적을 점유하고 고압으로 저장될 필요가 없기 때문에, 천연 가스는 기체 형태보다 액체 형태로서 더욱 용이하게 먼 거리까지 저장되어 운반될 수 있다.
LNG 스트림을 재가스화하기 위해서, 통상 가압되고 기화된다. 예컨대, N2 의 선택된 양이, 소비자의 요구 또는 가스 사양에 따라, 소망하는 가스 품질 예컨대, 선택된 발열량 (즉, 가스가 연소될 때의 에너지양) 을 갖는 천연 가스를 얻도록 첨가된다. 선택적으로 또는 추가적으로, 천연 가스의 발열량은 천연 가스로부터 에탄 및/또는 중질 탄화수소의 소망하는 양을 제거하거나 또는 첨가함으로써 조절될 수도 있다.
소위 '중간 유체 타입' 의 LNG 의 재가스화 또는 기화를 위한 방법의 예시가 US 2005/0274126 A1 에 개시되어 있다. 특히, US 2005/0274126 은 중간 열전달 유체가, 먼저 대기와 함께 열전달면을 가로질러 가열되고, 이후 열전달면이 열을 제공하여 극저온의 유체를 기화시키는 LNG 등의 극저온 유체의 기화 방법 및 장치를 개시하고 있다.
LNG 의 재가스화 또는 기화의 공지된 방법의 문제점은, 제조에 비교적 고자본 비용 (CAPEX) 을 요한다는 것이다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 최소화하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 대안적인 중간 유체 타입의 액체 스트림의 기화, 특히 LNG 재가스화 방법을 제공하는 것이다.
1 이상의 상기 또는 다른 목적은, 액체 스트림, 특히 액화천연가스 등의 액체 탄화수소 스트림의 기화 방법으로서, 이 방법은, 적어도,
a) 폐쇄 회로에서 순환되는 열전달 유체를 제 1 열전달 영역에 공급하는 단계,
b) 제 1 열전달 영역에 기화될 액체 스트림을 공급하는 단계,
c) 액체 스트림에 열전달 유체로부터 제 1 열전달 영역의 열전달면을 가로질러 열을 전달하여, 액체를 기화하고, 열전달 유체를 적어도 부분적으로 응축하는 단계,
d) 단계 c) 에서 얻어진 기화 액체 스트림을 제거하는 단계,
e) 단계 c) 에서 얻어진 적어도 부분적으로 응축된 열전달 유체를 제거하고, 이 유체를 제 2 열전달 영역에 통과시키는 단계,
f) 적어도 부분적으로 응축된 열전달 유체에 대기로부터 제 2 열전달 영역의 열전달면을 가로질러 열을 제공하여, 열전달 유체를 기화하는 단계, 및
g) 기화된 열전달 유체를 제 1 열전달 영역에 재순환시키는 단계를 포함하며,
상기 열전달 유체는 폐쇄 회로에서 순환되는 열전달 유체에 부과된 중력을 사용하여 단계 g) 에서 재순환되는, 액체 스트림의 기화 방법에 의해 이루어진다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 방법을 사용하면, CAPEX 가 상당히 감소될 수 있음을 발견하였다. 본 발명에 따르면, 열전달 유체에 부과된 중력은 폐쇄 회로에서의 유체의 순환을 위해 사용되며, 펌프 등의 비용이 최소화될 수 있다. 몇몇 경우에, 폐쇄 회로에서의 열전달 유체의 순환을 위한 펌프가 전혀 필요하지 않을 수도 있다.
본 발명의 추가의 이점은, 본 발명에 따른 방법을 사용하면, 액체 스트림을 기화시키기 위해서 플롯 스페이스 (plot space) 가 거의 필요하지 않을 수도 있다는 것이다.
바람직하게는, 단계 e) 에서, 열전달 유체가 제 1 열전달 영역으로부터 제 2 열전달 영역으로 하방으로 흐른다. 게다가, 단계 g) 에서, 열전달 유체가 제 2 열전달 영역으로부터 제 1 열전달 영역으로 상방으로 흐르는 것이 바람직하다.
이에 의해, 중력은 열전달 유체의 순환을 가능하게 한다. 열전달 유체의 하방 및 상방 흐름부 사이의 밀도 차이와 결합된 이 효과는 폐쇄 회로 내측의 열전달 유체의 순환을 위한 기계적 펌프의 최소화를 가능하게 한다.
열전달 유체는 조업 조건 하에서 적합한 임의의 유체일 수도 있으며, 또한, 프로판 및 부탄 등의 탄화 수소, 프레온, 암모니아, 글리콜-물 혼합물, 포름산염-물 혼합물, 메탄올, 프로판올 등의 할로겐화 탄화수소를 포함한다.
바람직하게는, 열전달 유체는, 폐쇄 회로의 우세 압력에서, 5℃ 미만, 바람직하게는 -10 ~ 0℃ 의 비등점을 갖는다. 바람직하게는, 열전달 유체는 CO2, 에탄, 에텐, 프로판, 프로펜, 부탄 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 포함한다.
특히 바람직한 실시예에 따르면, 열전달 유체는 90 몰% 초과의 CO2, 바람직하게는 약 100 몰% 의 CO2 를 포함한다. LNG 기화에 CO2 가 사용되는 경우의 중요한 이점은, 열전달 유체용의 폐쇄 회로에서 누출 (leak) 이 발생한다면, CO2 가 누출 지점에서 응고되어, 누출 지점을 감소시키거나 심지어 누출 지점을 차단시킨다는 것이다. 또한, CO2 는, 폐쇄 회로로부터 누출할지라도 가연성 혼합물이 되지는 않는다. CO2 의 비등점은 30 ~ 35 bar 의 압력에서 -5.8 ~ -0.1℃ 이다.
당업자라면, 제 1 및 제 2 열전달 영역이 다양하게 설계될 수 있고, 본 발명이 각각의 스트림 사이에서의 적절한 열전달 접촉이 가능하다면 소정의 설계로 제한되는 것이 아님을 알 수 있을 것이다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 열전달 영역의 열전달 접촉은 간접적이며, 예컨대, 각각의 스트림 사이에서 물리적 접촉이 발생하지 않는다. LNG 의 재가스화의 경우에 제 2 열전달 영역의 바람직한 예시는 소위 "히트 파이프 (heat pipe)" 원리 (또는 "2 상 폐쇄 써모사이폰 (two-phase closed thermosyphon)" 원리) 를 사용하는 것이다. "히트 파이프" 원리는 공지되어 있으므로 (예컨대, US 3 229 759 및 US 5 485 670 참조), 이에 대해서는 더이상 언급하지 않는다.
제 1 및 제 2 열전달 영역이 수개의 열전달면을 포함할 수도 있음을 당업자라면 알 수 있을 것이다. 또한, 1 이상의 열전달 유체용 폐쇄 회로도 각각의 열전달면 및 임의의 열전달면에 사용될 수 있다.
추가의 양태에서, 본 발명은, 액체 스트림, 특히 액화천연가스 등의 액체 탄화수소 스트림의 기화 장치로서, 이 장치는, 적어도,
- 기화될 액체 스트림이 열전달 유체에 대해 열교환할 수 있도록 하는 열전달면을 갖는 제 1 열전달 영역,
- 열전달 유체가 대기에 대해 열교환할 수 있도록 하는 열전달면을 갖는 제 2 열전달 영역 및,
- 열전달 유체를 위한 폐쇄 회로를 포함하며, 제 2 열전달 영역은 제 1 열전달 영역 보다 중력이 낮은 곳에 위치되는, 액화 스트림의 기화 장치에 관한 것이다.
바람직하게는, 제 1 열전달 영역은 기화될 액체를 위한 실질적으로 평행한 복수의 튜브를 포함한다. 게다가, 튜브 벽의 적어도 일부는 제 1 열전달 영역에서 열전달면으로서 사용될 수 있는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에 따르면, 제 1 열전달 영역은 지지 프레임에 의해 지지된다. 바람직하게는, 열전달 유체의 폐쇄 회로는 지지 프레임의 일부를 형성한다. 게다가, 1 이상의 폐쇄 회로가 존재하며, 1 이상의 폐쇄 회로는 지지 프레임의 1 이상의 지지 레그를 형성한다. 특히 바람직한 실시예에서, 지지 프레임은 그 사이에서 각도 (α) 를 규정하는 제 1 및 제 2 지지 레그를 포함하며, 각도 (α) 는 바람직하게는 30°~ 90°이며, 더욱 바람직하게는 약 60°이다. 그 결과, 폐쇄 회로에서의 열전달 유체의 순환을 위한 펌프가 사용되지 않는 경우도 있을 수 있다.
추가의 바람직한 양태에서, 본 발명은 열전달 유체 또는 열전달 유체의 성분으로서의 CO2 의 용도를 제공한다. 특히, 열전달 유체는 유체를 기화시키며, 이 기화될 유체는, 5℃ 미만, 바람직하게는 -170 ~ 0℃ 의 온도를 갖는다.
이하, 하기의 비제한적인 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 기술한다.
도 1 은 본 발명에 따른 장치가 결합된 예시적인 프로세스 라인업을 개략적으로 도시한다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 장치의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 3 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 장치의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 4 는 도 3 의 장치의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 5 는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 장치의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 6 은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 장치의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 7 은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 장치의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 8 은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 장치의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 9 는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 장치의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 10 은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 장치의 단면도를 개략적으로 도시한 다.
본 명세서를 위해서, 단일 참조 부호가 라인 및 그 라인에서 운반되는 스트림에 할당된다. 동일한 참조 부호는 유사한 부품을 언급한다.
도 1 은 본 발명에 따른 장치 (1) 가 결합된 프로세스 라인업 (100) 을 개략적으로 도시한다. 특히, 도 1 은 LNG 인수 기지에서의 재가스화 라인업을 도시한다.
액화천연가스 (10) 용 LNG 저장 탱크 (5) 로부터, (통상 과냉각된) LNG 스트림 (20) 이 펌프 (7) 를 사용함으로써 제거된다. 펌프 (7) 가 LNG (20) 를 증발기 (또는 '재가스화장치')(1)[LNG 가 도 2 를 참조하여 언급될 열전달 유체를 사용하여 기화됨)] 의 입구 (11) 로 통과시키며, 이에 의해 기체의 천연 가스 스트림 (30) 이 얻어지는데, 이 천연 가스 스트림은 출구 (12) 로부터 제거된 후에 그리드 (grid) 또는 가스 파이프 네트워크 (6) 에 보내질 수 있다. LNG 스트림 (20) 은 또한, 저장 탱크 (5) 이외의 다른 소스로부터 예컨대, LNG 운반 용기의 오프로딩 라인 (offloading line) 으로부터 직접 제공될 수도 있다는 것은 말할 필요도 없다. 게다가, 원한다면, 열전달 유체, LNG 스트림 (20) 또는 (단지 부분적으로) 기화된 스트림 (30) 에 잉여의 열을 제공하는 점화 히터 (fired heater) 등의 백업 히터 (도시 생략) 가 존재할 수도 있으며, 이에 의해 스트림 (30) 에서의 모든 LNG 가 가스 파이프 네트워크 (6) 에 전달되기 이전에, 기화될 수 있다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 증발기 (또는 재가스화장치)(1) 의 사시도를 개략적으로 도시한다.
증발기 (1) 는, 기화될 LNG가 폐쇄 회로 (4) 에서 순환되는 열전달 유체에 대해 열교환할 수 있는 열전달면을 갖는 제 1 열전달 영역 (2) 을 포함한다. 바람직하게는, 열전달 유체는 CO2 이다. 열전달 유체의 압력은, 장치 (1) 외부의 얼음 형성을 최소화하고 열전달을 최대화하기 위해서 대기 상태에 따라 변화될 수도 있다.
제 1 열전달 영역 (2) 은, 기화될 LNG 스트림 (도 1 에서 참조부호 20 으로 나타냄) 을 위해 실질적으로 평행한 복수 개의 튜브 (8)(점선으로 나타냄) 가 수용되는 폐쇄된 박스 (15) 를 포함한다. 이 때문에, LNG 스트림 (20) 은 튜브 (8) 의 입구 (21)(입구 (21) 는 LNG 입구 (11) 등의 증발기 (1) 의 결합된 입구에 연결될 수도 있음) 로 공급된다. 도 2 의 실시예에서, 튜브 (8) 의 벽은 제 1 열전달 영역 (2) 의 열전달면으로서 사용되며, 폐쇄 회로 (4) 에서 순환되는 열전달 유체는 튜브 (8) 의 벽과 박스 (15) 의 내벽에 의해 형성된 공간에서 튜브 (8) 둘레를 자유롭게 흐를 수 있다. 이 때문에, 열전달 유체가 입구 (16) 에서 박스 (15) 로 공급되고, 출구 (17) 에서 박스 (15) 로부터 제거된다.
제 1 열전달 영역 (2) 은 지지 프레임 (9) 에 의해 지지된다.
게다가, 증발기 (1) 는, 폐쇄 회로 (4) 에서 순환되는 열전달 유체가 대기에 대해 열교환할 수 있는 제 2 열전달 영역 (3) 을 포함한다.
도 2 의 실시예에서, 열전달 유체를 위한 폐쇄 회로 (4) 및 제 2 열전달 영 역 (3) 은 지지 프레임 (9) 의 일부를 형성한다. 그 결과, 제 2 열전달 영역 (4) 이 제 1 열전달 영역 (2) 보다 중력이 낮게 위치된다.
대기와 제 2 열전달 영역 (3) 의 열전달 유체 사이의 간접 열전달의 개선을 위해서, 예컨대, 관통 구멍 (13) 이 지지 프레임 (9) 에 존재한다. 간접 열전달이 이루어짐에 따라, 대기와 폐쇄 회로 (4) 의 열전달 유체 사이의 직접적인 접촉이 존재하지 않는다. 관통 구멍 (13) 이 슬릿 유사 형상을 포함하는 임의의 적절한 형상을 취할 수도 있다는 것은 말할 필요도 없다.
원한다면, 팬 (14)(도 4 참조) 이 열전달 유체와 제 2 열전달 영역 (3) 의 대기 사이의 열전달을 개선하기 위해서 대기 순환을 증가하도록 존재할 수도 있다. 또한, 제 2 열전달 영역 (3) 의 표면은 예컨대, 핀 (19)(도 5 참조) 및 홈 등에 의해 열전달을 개선할 수도 있다.
도 2 의 실시예를 사용하는 동안, 폐쇄 회로 (4) 에서의 열전달 유체와 기화될 LNG 가 제 1 열전달 영역 (2) 에 (순차적으로 또는 동시에) 공급된다. 이후, 제 1 열전달 영역 (2) 의 튜브 (8) 의 벽을 가로지르는 열전달 유체와 LNG 사이의 간접 열교환 접촉에 의해, LNG 가 가열되고 증발된 형태 (도 1 의 출구 (12) 에서의 스트림 (30)) 로 제 1 열전달 영역 (2) 을 떠난다.
열전달 유체가 냉각되고, 이에 의해 제 1 열전달 영역 (2) 에서 적어도 부분적으로 응축된다. 이어서, 적어도 부분적으로 응축된 열전달 유체가 제 2 열전달 영역 (3) 으로 통과되고, 제 2 열전달 영역 (3) 의 열전달면을 가로질러 대기에 의해 가열된다. 그 결과, 열전달 유체가 기화되고 제 1 열전달 영역 (2) 에 재 순환된다. 원한다면, (대기에 추가하여) 추가 열이 열전달 유체를 가열하도록 사용될 수도 있으며; 이 추가의 열은, 예컨대 태양 전지 등으로부터 얻어질 수도 있다.
폐쇄 회로 (4) 의 열전달 유체는 중력을 이용하여 재순환된다. 폐쇄 회로 (4) 의 열전달 유체의 (차갑고 중질인) 하방 흐름부 (40A) 와 (온난하고 경질인) 상방 흐름부 (40B) 사이의 밀도 차이와 결합된 이 중력은 폐쇄 회로 (4) 내측에서의 열전달 유체의 순환을 위한 기계적 펌프의 최소화를 가능하게 한다. 바람직한 실시예에서, 폐쇄 회로 (4) 의 열전달 유체의 순환을 위한 어떠한 펌프도 사용되지 않는다.
도 2 에서, 하방 흐름부 (40A) 와 상방 흐름부 (40B) 는 바람직하게는 고립되는 개별 벽 (18) 에 의해 분리된다. 원한다면, 제 2 열전달 영역 (3) 에서 기류 (airflow) 를 개선하기 위해서, 제 2 열전달 영역 (3) 은 하방 흐름부 (40A) 와 상방 흐름부 (40B) 를 위한 튜브 또는 튜브 다발을 포함할 수도 있으며, 이 경우, 개별 벽 (18) 이 (적어도 부분적으로) 제거될 수도 있다 (도 5 참조).
도 3 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 장치의 사시도를 개략적으로 도시한다. 도 3 에서, 1 이상의 폐쇄 회로 (4a 및 4b) 가 열전달 유체를 순환시키기 위해 사용된다. 적정수의 (통상 평행한) 폐쇄 회로가 제 1 및 제 2 열전달 영역 (2, 3) 사이에서 열전달 유체를 순환시키기 위해 사용될 수도 있다는 것은 말할 필요도 없다. 도 2 에 대해 언급한 바와 같이, 제 2 열전달 영역 (3) 의 폐쇄 회로 (4a, 4b) 는 하방 흐름부 (40A) 와 상방 흐름부 (40B) 를 위한 튜브 또는 튜 브 다발을 포함할 수도 있다.
도 3 의 실시예에서, 폐쇄 회로 (4a, 4b) 는 제 1 열전달 영역 (2) 을 위한 지지 프레임 (9) 의 일부를 형성하고, 폐쇄 회로 (4a, 4b) 는 각각 지지 프레임 (9) 의 제 1 및 제 2 지지 레그로서 사용된다. 폐쇄 회로 (4a, 4b) 와 별개로, 추가의 구조 요소가 제 1 가열 영역 (2) 을 지지하기 위해 존재할 수도 있다는 것은 말할 필요도 없다.
도 4 는 도 3 의 장치 (1) 의 단면도를 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 각도 (α) 는 지지 프레임 (9) 의 지지 레그에 의해 규정된다. 폐쇄 회로 (4a, 4b) 는 지지 프레임 (9) 의 일부를 형성한다. 바람직하게는, 각도 (α) 는 30°~ 90°이며, 바람직하게는 약 60°이다.
게다가, 도 4 에서는, 팬 (14) 이 폐쇄 회로 (4a, 4b) 의 외부를 따라 대기를 가압하기 위해서 사용되는 것으로 도시되며, 이에 의해 대기와 폐쇄 회로 (4) 의 열전달 유체 사이의 열전달을 개선한다. 원한다면, 팬 (14) 은, 대기가 어떻게 지향되는지에 따라 (예컨대, 하방, 상방, 소정 각도 하 등), 지시된 위치 이외 다른 곳에 위치될 수도 있다.
원한다면, 수개의 장치 (1) 가 서로 이웃하게 위치될 수도 있다 (도 5 참조).
도 5 ~ 10 은 본 발명에 따른 장치 (1) 의 추가 실시예의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 5 에는, 수개의 장치 (1) 가 평행하게 도시되어 있다. 도 5 에 도시 된 바와 같이 장치 (1) 에서는, 열전달 유체의 하방 흐름부 (40A) 와 상방 흐름부 (40B) 를 위한 별개의 튜브 (또는 튜브 다발) 사이에 개별 벽 (18) 이 존재하지 않는다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 2 개의 인접한 장치 (1) 는 폐쇄 회로 (4a, 4b) 의 외부를 따라 대기를 가압하기 위해 하나의 동일한 팬 (14) 을 공유할 수도 있다. 도 5 에는, 팬 (14) 이 장치 (1) 의 상부 부분 근처에 있는 것으로 도시되어 있으며, 하방으로 대기를 가압한다. 당업자라면 팬 (14) 이 다른 위치에 놓여질 수도 있음을 알 수 있다.
또한, 폐쇄 회로의 외부에 핀 (19) 과 같은 열전달 개선장치 (improver) 가 제공될 수도 있음이 도 5 에 도시되어 있다. 핀 (19) 대신에, 예컨대 홈 등이 또한 사용될 수도 있다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 폐쇄 회로의 외부에는 다소간의 적절한 핀이 제공될 수도 있다.
도 6 에서는, 박스 (15) 가 직사각형 형상을 갖는다. 게다가, 팬 (14) 이 지면에 또는 지면 근처에 위치되면서, 대기를 상방으로 가압한다.
도 7 에서는, 열전달 유체의 상방 흐름부 (40B) 가 박스 (15) 의 출구 (17) 보다 중력이 높은 지점 (입구 (16)) 에서 박스 (15) 에 재도입되는 것으로 도시되어 있다.
도 8 에서는, 지지 프레임 (9) 이 단일 지지 레그를 갖는 것으로 도시되어 있다. 게다가, 열전달 유체의 상방 흐름부 (40B) 가 박스 (15) 의 출구 (17) 보다 중력이 높은 입구 (16) 에서 박스 (15) 에 재도입되는 것으로 (도 7 과 유사 하게) 도시되어 있다.
도 9 는 "튜브 인 튜브 (tube-in-tube)" 구조를 도시하는데, 이는, 열전달 유체의 하방 흐름부 (40A) 가 열전달 유체의 상방 흐름부 (40B) 에 의해 둘러싸이는 (그러나, 상방 흐름부로부터 벽 (18) 은 단열됨) 구조이다.
도 10 은 개별 벽 (18)(도 4 참조) 이 존재하지 않는 실시예를 도시한다. 도 10 의 실시예에서, 폐쇄 회로 (4a, 4b) 내부의 적어도 일부 (즉, 열절단 유체가 통과하는 튜브 또는 파이프) 에는 이들 폐쇄 회로의 표면을 따라 보다 양호한 액체 분포를 얻기 위해서 부착 증가재 (adhesion increasing material) 인 라이닝 (22) 이 제공된다. 라이닝 (22) 을 형성하는 이 부착 증가재는 예컨대, 전도성 다공질 또는 스폰지 재료의 형태일 수도 있고, 또는 양각 (emboss) 또는 울퉁불퉁한 (rugged) 면일 수도 있다.
도 10 의 실시예에 따르면, 제 1 열전달 영역 (2) 으로부터 오는 액체 열전달 유체는 라이닝 (22) 을 통해 제 2 열전달 영역 (3) 에 분배된다. 제 2 열전달 영역 (3) 에서의 액체 열전달의 기화 이후, 기화된 열전달 유체는 상방으로 올라가며, 제 1 열전달 영역 (2) 에 재순환된다.
도 10 에서는, 폐쇄 회로 (4a, 4b) 내측의 일부에만 부착 증가재인 라이닝 (22) 이 제공되어 있다. 원한다면, 폐쇄 회로 (4a, 4b) 의 모든 벽 또는 실질적으로 모든 벽에 이와 같은 라이닝 (22) 이 제공될 수도 있다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형이 이루어질 수도 있다는 것이 당업자에 의해 용이하게 이해될 수 있다.

Claims (12)

  1. 액체 스트림, 특히 액화천연가스 (20) 등의 액체 탄화수소 스트림의 기화 방법으로서, 이 방법은, 적어도,
    a) 폐쇄 회로 (4) 에서 순환되는 열전달 유체를 제 1 열전달 영역 (2) 에 공급하는 단계,
    b) 상기 제 1 열전달 영역 (2) 에 기화될 액체 스트림 (20) 을 공급하는 단계,
    c) 액체 스트림에 열전달 유체로부터 상기 제 1 열전달 영역 (2) 의 열전달면을 가로질러 열을 전달하여, 액체를 기화하고, 열전달 유체를 적어도 부분적으로 응축하는 단계,
    d) 단계 c) 에서 얻어진 기화 액체 스트림 (30) 을 제거하는 단계,
    e) 단계 c) 에서 얻어진 적어도 부분적으로 응축된 열전달 유체를 제거하고, 이 유체를 제 2 열전달 영역 (3) 에 통과시키는 단계,
    f) 상기 적어도 부분적으로 응축된 열전달 유체에 대기로부터 상기 제 2 열전달 영역 (3) 의 열전달면을 가로질러 열을 제공하여, 열전달 유체를 기화하는 단계, 및
    g) 기화된 열전달 유체를 상기 제 1 열전달 영역 (2) 에 재순환시키는 단계를 포함하며,
    상기 열전달 유체는 상기 폐쇄 회로 (4) 에서 순환되는 열전달 유체에 부과 된 중력을 사용하여 단계 g) 에서 재순환되는, 액체 스트림의 기화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐쇄 회로 (4) 에서의 열전달 유체의 순환을 위한 펌프가 사용되지 않는, 액체 스트림의 기화 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열전달 유체는 90 몰% 초과의 CO2, 바람직하게는 약 100 몰% 의 CO2 를 포함하는, 액체 스트림의 기화 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전달 유체는, 상기 폐쇄 회로 (4) 의 우세 압력에서, 5℃ 미만, 바람직하게는 -10 ~ 0℃ 의 비등점을 갖는, 액체 스트림의 기화 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 열전달 유체는 CO2, 에탄, 에텐, 프로판, 프로펜, 부탄 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 포함하는, 액체 스트림의 기화 방법.
  6. 액체 스트림, 특히 액화천연가스 (20) 등의 액체 탄화수소 스트림의 기화 장 치 (1)로서, 이 장치는, 적어도,
    - 기화될 액체 스트림이 열전달 유체에 대해 열교환할 수 있도록 하는 열전달면을 갖는 제 1 열전달 영역 (2),
    - 열전달 유체가 대기에 대해 열교환할 수 있도록 하는 열전달면을 갖는 제 2 열전달 영역 (3), 및
    - 열전달 유체를 위한 폐쇄 회로 (4) 를 포함하며,
    상기 제 2 열전달 영역 (3) 은 상기 제 1 열전달 영역 (2) 보다 중력이 낮은 곳에 위치되는, 액화 스트림의 기화 장치 (1).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 열전달 영역 (2) 은 지지 프레임 (9) 에 의해 지지되는, 액화 스트림의 기화 장치 (1).
  8. 제 7 항에 있어서,
    1 이상의 폐쇄 회로 (4a, 4b) 가 존재하며, 1 이상의 폐쇄 회로 (4a, 4b) 는 상기 지지 프레임 (9) 의 1 이상의 지지 레그를 형성하는, 액화 스트림의 기화 장치 (1).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 지지 프레임 (9) 은 그 사이에서 각도 (α) 를 규정하는 제 1 및 제 2 지지 레그를 포함하며, 각도 (α) 는 바람직하게는 30°~ 90°이며, 더욱 바람직하게는 약 60°인, 액화 스트림의 기화 장치 (1).
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폐쇄 회로 (4) 에서의 열전달 유체의 순환을 위한 펌프가 존재하지 않는, 액체 스트림의 기화 장치 (1).
  11. 열전달 유체 또는 열전달 유체의 성분으로서의 CO2 의 용도.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 열전달 유체는 유체를 기화시키며, 이 기화될 유체는, 5℃ 미만, 바람직하게는 -170 ~ 0℃ 의 온도를 가지는, CO2 의 용도.
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