KR20090087462A - 혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 방법 및 장치 및 탄화수소 스트림의 냉각 방법 - Google Patents

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쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이.
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Abstract

제 1 열교환기 (101) 와 제 2 열교환기 (102) 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 방법 및 장치에서, 혼합된 증기 및 액체 스트림은 2 이상의 출구 (104) 를 통해 제 1 열교환기 (101) 로부터 유출된다. 그 다음, 혼합된 출구 (104) 의 혼합된 증기 및 액체 스트림은 2 이상의 중간 도관 (103) 을 통해 제 2 열교환기 (102) 로 이동하고, 이후에 혼합된 증기 및 액체 스트림이 2 이상의 입구 (105) 를 통해 중간 도관 (103) 으로부터 제 2 열교환기 (102) 로 유입된다. 출구 (104) 의 수 (X) 는 입구 (105) 의 수 (Y) 이상이다.

Description

혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 방법 및 장치 및 탄화수소 스트림의 냉각 방법{METHOD AND APPARATUS FOR PASSING A MIXED VAPOUR AND LIQUID STREAM AND METHOD OF COOLING A HYDROCARBON STREAM}
본 발명은 열교환기 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림, 구체적 및 한정적으로는 천연 가스 스트림과 같은 탄화수소 스트림의 액화에 포함되는 혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
다른 양태에 있어서, 본 발명은 천연 가스 스트림과 같은 탄화수소 스트림의 냉각 바람직하게는 액화 방법에 관한 것이다.
이에 따라, 액화 천연 가스 (LNG) 를 얻는 천연 가스 스트림을 액화시키는 몇몇 방법이 공지되어 있다. 많은 이유로 천연 가스 스트림을 액화시키는 것이 바람직하다. 예컨대, 액체으로서의 천연 가스 스트림이 더 작은 부피를 차지하고 고압에서 저장될 필요가 없기 때문에, 천연 가스는 기체 형태보다는 액체로서 더 쉽게 장거리에서 운반될 수 있고 저장될 수 있다.
일반적으로는, 주로 메탄을 포함하는 천연 가스는 상승된 온도에서 LNG 플랜트로 들어가고 재처리되어 극저온에서 액화에 적합한 정제된 공급 원료를 만들어낸다. 정제된 가스는 액화가 달성될 때까지 그 온도를 점진적으로 감소시키도록 열교환기를 사용하는 복수의 냉각 단계를 통해 처리된다. 액체 천연 가스는 저장 및 운반에 적합한 최종 대기 압력으로 더 냉각된다 (1 이상의 팽창 단계를 통해 플래쉬 증기 (flashed vapour) 를 감소시키기 위해). 각각의 팽창 단계로부터의 플래쉬 증기는 플랜트 연료 가스의 근원으로서 사용될 수 있다.
LNG 플랜트에서, 증기상 및 액상의 혼합물을 포함하는 스트림이 예컨대 2 개의 열교환기 사이를 이동한다. 일 예가 US 6,389,844 B1 의 도 3 에 도시되어 있다.
US 6,389,844 B1 은 천연 가스의 액화를 위한 플랜트에 관한 것이다. 도 3 은 제 1 단계 열교환기 (102') 및 제 2 단계 열교환기 (102) 를 포함하는 천연 가스를 예비냉각하기 위한 실시예를 나타낸다. 이 제 1 및 제 2 열교환기 사이에는, 2 개의 도관 (150, 151) 이 있으며, 하나는 냉각제를 위한 것이고 하나는 천연 가스를 위한 것이다. 냉각제 및 천연 가스는 혼합된 증기 및 액체 스트림이고, 이러한 스트림은 열교환기 (102') 및 열교환기 (102) 사이에서 하나의 도관에 의해 전달된다.
그러나, 2 개의 열교환기 사이에서의 이러한 스트림의 이동 방법은 도관 (150) 및 도관 (151) 을 통과하는 스트림의 증기상 및 액상의 불균일한 분포를 야기한다. 결과적으로, 불균일한 분포의 증기상 및 액상이 제 2 단계 열교환기 (102) 로 갈 수도 있고, 이는 불균일한 온도 분포를 야기하고 따라서 제 2 단계 열교환기 (102) 에서 비효율성을 야기한다.
본 발명의 목적은 2 개의 열교환기 사이에서 혼합된 증기상 및 액상 스트림의 이동을 향상시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 냉각 플랜트 또는 방법의 에너지 요구를 감소시키는 것이다.
본 발명은 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 방법을 제공하며, 이 방법은 이하의 단계를 포함한다:
a) 2 이상 (수 X) 의 출구를 통해 제 1 열교환기로부터 혼합된 증기 및 액체 스트림을 유출시키는 단계;
(b) 2 이상의 중간 도관을 통해 출구의 혼합된 증기 및 액체 스트림을 제 2 열교환기로 이동시키는 단계; 및
(c) 2 이상 (수 Y) 의 입구를 통해 중간 도관으로부터의 혼합된 증기 및 액체 스트림을 제 2 열교환기로 유입시키는 단계; 여기서 X 는 Y 이상 (≥) 이다.
본 발명의 실시예는 탄화수소 스트림 예컨대 천연 가스와 같은 다른 스트림 또는 스트림들을 냉각시키기 위해 사용되는 냉각제의 혼합된 증기 및 액체 스트림과의 사용으로 확장된다. 많은 냉각제가 공지되어 있으며, 제한없이 천연 가스 자체, 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 펜탄, 및 질소를 포함하며, 단일 성분으로서 하나만을 사용하거나 혼합된 냉각제를 형성하기 위해 2종 이상을 사용한다.
다른 양태에서, 본 발명은 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 장치를 제공하며, 이 장치는 적어도 이하를 포함한다:
제 1 열교환기로부터 혼합된 증기 및 액체 스트림을 유출시키기 위한 제 1 열교환기를 위한 2 이상 (수: X) 의 출구;
출구의 혼합된 증기 및 액체 스트림을 제 2 열교환기로 이동시키기 위한 2 이상의 중간 도관; 및
중간 도관으로부터 혼합된 증기 및 액체 스트림을 제 2 열교환기로 이동시키기 위한 2 이상 (수: Y) 의 입구; 여기서 X 는 Y 이상 (≥) 이다.
다른 양태에서, 본 발명은 천연 가스와 같은 탄화수소 스트림의 냉각 방법을 제공하며, 이 방법은 적어도, 2 이상의 열교환기를 포함하는 냉각 단계를 통해 탄화수소 스트림을 이동시키는 단계로서, 이 열교환기 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림이 여기 규정된 바와 같이 이동하는 단계를 포함한다.
이제, 실시예로 그리고 첨부의 비제한적인 개략적인 도면을 참조하여 본 발명을 설명할 것이다.
도 1 은 일 방법에 따라 연결된 2 개의 열교환기의 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예의 개략 측면도이다.
도 3 은 본 발명의 제 2 실시예의 개략 측면도이다.
설명을 위해서, 하나의 참조 번호가 선과 그 선에서 전달되는 스트림에 할당될 것이다.
첨부의 도면의 선, 도관 및 스트림의 구성은 제한적이지 않으며 본 발명을 더 잘 나타내기 위해서 일반적으로 비유적이다.
여기 제안된 실시예에 있어서, 혼합된 증기 및 액체 스트림은 2 이상의 출구를 통해 제 1 열교환기로부터 유출되고, 그 다음 2 이상의 중간 도관을 통해 제 2 열교환기로 이동되고, 그 다음 2 이상의 입구를 통해 중간 도관으로부터 제 2 열교환기로 유입되며, 이에 따라 상기 출구의 수 (이하, X 로 표시될 수도 있음) 는 상기 입구의 수 (이하, Y 로 표시될 수도 있음) 이상 (이하, 기호 ≥ 로 표시될 수도 있음) 이다.
혼합된 증기 및 액체 스트림을 직행 도관을 통해 제 1 열교환기로부터 제 2 열교환기로 이동시킴으로써, 하나의 도관을 통해 2 개의 열교환기 사이에서 이동한 혼합된 기상 및 액상 스트림의 불균일분포가 감소된다.
혼합된 증기 및 액체 스트림의 더 균일한 이동을 제공함으로써, 제 2 열교환기의 액상 및 증기상의 온도 분포가 더 균일해 질 것이다. 이와 같이, 본 발명은 탄화수소 스트림의 냉각 특히 액화를 위한 방법, 플랜트 또는 장치의 전체적인 에너지 요구를 감소시킬 수 있고, 그리고/또는 이 방법, 플랜트 또는 장치를 더 효율적으로 만들어 더 경제적이게 할 것이다.
본 발명은 제한하는 것은 아니지만 냉각 및/또는 액화될 탄화수소 스트림 형태, 또는 냉각제 스트림 특히 혼합된 냉각제 스트림 형태의 혼합된 증기 및 액체 스트림을 포함하는 어떤 혼합된 증기 및 액체 스트림을 위해 사용될 수 있다.
열교환기를 포함하는 2 이상의 냉각 단계를 통해 탄화수소 스트림을 이동시 킴으로서 탄화수소 스트림이 냉각 특히 액화될 수 있다. 어떤 수의 냉각 단계도 사용될 수 있고, 각각의 냉각 단계는 2 이상의 열교환기와 선택적으로는 1 이상의 단계, 레벨 또는 구역을 포함할 수 있다. 각각의 냉각 단계는 직렬 또는 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합의 2 이상의 열교환기를 포함할 수도 있다. 천연 가스와 같은 탄화수소 스트림을 액화시킬 수 있는 적절한 열교환기의 배치가 본 기술에 공지되어 있다.
냉각 및/또는 액화 방법 또는 플랜트를 위한 탄화수소 스트림이 냉각 및/또는 액화될 어떤 적절한 탄화수소포함 스트림일 수도 있지만, 일반적으로는 천연 가스 또는 석유 저장물로부터 획득되는 천연 가스 스트림이다. 또한, 대안으로서 천연 가스 스트림은 다른 근원으로부터 획득될 수도 있으며, 또한 피셔-트롭쉬 (Fischer-Tropsch) 공정과 같은 합성 근원을 포함한다.
일반적으로는, 천연 가스는 메탄으로 실질적으로 구성된다. 바람직하게는, 탄화수소 스트림은 적어도 60 mol% 의 메탄, 더 바람직하게는 적어도 80 mol% 의 메탄을 포함한다.
근원에 따라, 천연 가스는 에탄, 프로판, 부탄 및 펜탄과 같은 메탄보다 더 무거운 변하는 양의 탄화수소와 약간의 방향족 탄화수소를 함유할 수도 있다. 천연 가스 스트림은 또한 H2O, N2, CO2, H2S 및 다른 황 화합물과 같은 비탄화수소 등을 함유할 수도 있다.
제 1 및 제 2 열교환기는 2 이상의 스트림을 일반적으로 가지는 어떤 적절한 유닛 또는 용기일 수도 있고, 이 2 이상의 스트림은 이 유닛 또는 용기를 통해 흐르며, 여기서 적어도 1 이상의 스트림이 스트림을 서로 냉각시키게 된다. 열교환기의 다양한 타입, 구성 및 형상이 본 기술에 공지되어 있으며, 이의 예는 셀-및-튜브 열교환기, 특히 스풀-원드 (spool-wound) 열교환기이다.
제 1 열교환기는 예컨대 2 내지 20 개의 출구, 바람직하게는 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 개의 출구를 포함하여 어떤 수의 출구를 가질 수도 있다.
제 1 열교환기로부터의 출구의 수는 제 2 열교환기의 입구의 수와 동일 또는 상이할 수도 있고, 또한 중간 도관의 수와 동일 또는 상이할 수도 있다. 유사하게는, 중간 도관의 수는 제 2 열교환기의 입구의 수와 동일 또는 상이할 수도 있다.
출구의 수가 중간 도관의 수 및/또는 입구의 수와 상이하고, 중간 도관의 수가 입구의 수와 상이하면, 출구, 중간 도관 및 입구로부터의 그리고 출구, 중간 도관 및 입구로의 스트림의 요구되는 분할, 할당 및/또는 조합의 균등분할이 바람직하다. 즉, 분할, 할당 및/또는 조합은 제공된 스트림의 수와 제공될 스트림의 수 사이에서 가능한 균등성을 달성하기 위한 또는 달성하고자 하는 것이며, 유동 교란 또는 작동 파라미터와 같이 분할, 할당 또는 조합에 영향을 줄 수도 있는 다른 파라미터 또는 환경을 고려한다.
본 발명의 일 실시예에서, 출구의 수는 제 2 열교환기의 입구의 수와 동일한 중간 도관의 수와 동일하다. 따라서, 다수의 출구, 중간 도관 및 입구를 통해 제 1 열교환기로부터 제 2 열교환기로 혼합된 증기 및 액체 스트림이 효과적으로 직접 이동한다.
다른 실시예에서, 제 1 열교환기로부터의 출구의 수는 중간 도관의 수보다 더 많고, 중간 도관의 수는 제 2 열교환기로의 입구의 수와 동일하다. 따라서, 출구를 통한 혼합된 증기 및 액체 스트림은 중간 도관의 수와 동일하도록 조합되고, 이 조합은 가능한 한 균등분할을 가지는 것이 바람직하다.
원한다면, 탄화수소 스트림은 탄화수소 스트림을 본 발명에 사용하기 전에 예비처리될 수도 있다. 이 예비처리는 CO2 및 H2S 와 같은 존재하는 어떤 원하지않는 성분의 제거, 또는 예비냉각, 예비압축 등과 같은 다른 단계를 포함할 수도 있다. 이런 단계는 당업자에게 잘 공지되어 있기 때문에, 더 설명하지 않는다.
본 발명에 따른 방법이 다양한 탄화수소 공급 스트림에 적용가능하지만, 특히 액화될 천연 가스에 적합하다. 당업자는 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법을 쉽게 이해하기 때문에, 이는 상세하게 더 설명하지 않는다.
도 1 은 예컨대 천연 가스와 같은 탄화수소 스트림을 액화시키기 위한 방법 및 플랜트의 제 1 또는 예비냉각 단계에 사용되는 고압 열교환기일 수도 있는 제 1 열교환기 (1) 를 나타낸다. 이러한 열교환기는 본 기술에 잘 공지되어 있고, 일반적으로 '멀티 튜브' 또는 '셀 및 튜브' 열교환기이다. 이러한 열교환기는 수백 또는 수천개 (또는 그 이상) 의 소직경 수직 또는 나선형, 및 개방단부형 반응기 튜브를 포함할 수 있다.
일반적으로, 튜브는 수개의 '번들' 로 모이고, 이 '번들' 은 번들의 모든 튜 브로부터의 혼합된 증기 및 액체 스트림을 모아 이 것을 출구를 통해 제 1 열교환기 (1) 의 상부로 내보내도록 구성된 하나의 보닛 (bonnet), 챔버, 헤더 (header) 또는 매니폴드를 구비한다. 도 1 은 6 개의 번들을 가지는 제 1 열교환기 (1) 의 상부로부터의 6 개의 출구 (4) 를 나타내고, 이 출구 (4) 는 모든 혼합된 증기 및 액체 스트림을 모아 이것을 조합된 스트림으로서 다음 열교환기 (2) 로의 이동을 위한 하나의 도관 (3) 으로 보내는 모음 링 (6) 에 출구 (4) 의 스트림을 보낸다. 다음 열교환기 (2) 로의 모든 혼합된 증기 및 액체 스트림의 이동을 위한 하나의 도관 (3) 이 지금까지는 일 열교환기의 유출부와 다른 열교환기의 유입부 사이의 거리 때문에 가장 간단하고 경제적인 배치로서 고려되었다.
그러나, 반응기 또는 열교환기는 일반적으로 각각의 튜브를 나가는 스트림의 혼합된 액상 및 증기상의 분배 또는 비가 동일해질 만큼 균일하지 않다. 변동이 나타날 것이고, 이는 제 1 열교환기 (1) 를 나와 상호연결 도관 (3) 을 통해 다음 열교환기 (2) 로 가는 액상 및 증기상의 분배에 변동을 야기한다. 일반적으로, 도관 (3) 을 통과하는 혼합된 증기 및 액체 스트림의 분배 및 조합의 이런 불균일성은 제 2 열교환기 (2) 로 가는 혼합된 스트림의 불균일성을 야기할 수도 있다.
제 1 열교환기 (1) 에 대하여 상기한 바와 같이, 제 2 열교환기 (2) 는 일반적으로 수백 또는 수천개의 소직경 튜브를 포함하고, 이 튜브는 또한 수개의 '번들' 로 모인다. 번들의 한가지 일반적인 수는 6 개이다. 열교환기 (2) 의 기부에서 또는 기부 부근에서, 각각의 번들은 공통 근원으로부터 각각의 튜브로 재 료의 스트림을 제공하도록 구성된 하나의 보닛, 챔버, 헤더 또는 매니폴드를 구비한다. 일반적으로, 튜브의 각각의 번들을 위한 근원은 입구이고, 6 개의 입구 (5) 가 도 1 에 도시되어 있다. 입구는 하나의 도관 (3) 에 의해 공급되는 분배 링 (7) 으로부터의 재료의 스트림을 유도한다.
분배 링 (7) 은, 제 2 열교환기 (2) 의 모든 측면으로부터 가장 효율적으로 각각의 입구 (5) 로 액체 및 증기 스트림을 보내고 공급하도록 일반적으로 수평하다. 그러나, 혼합된 액체 및 증기 스트림의 어떤 수평한 이동은 액상을 가라앉게 하는 액상의 더 무거운 중량 및 증기상이 가라앉은 액상 위로 더 빠르게 유동하게 하는 증기의 일반적으로 더 빠른 속도 때문에 상의 어떤 성층화를 야기한다. 따라서, 혼합된 증기상 및 액상 스트림의 수평 유동은 액상 및 증기상이 분배 링 (7) 주위를 지나 각각의 입구 (5) 에 도달할 때 액상 및 증기상의 불균일성을 일반적으로 증가시킨다. 분배 링 주위를 포함하는 이러한 스트림의 이동이 더욱 수평할수록, 이런 성층화 효과는 더 커진다.
상기의 결과로 인해, 제 2 열교환기 (2) 의 길이에 걸쳐 액상 및 증기상에 불균일한 온도 분포가 있다. 이는 예컨대 도 1 에 도시된 제 1 열교환기 (1) 및 제 2 열교환기 (2) 를 사용하는 액화 플랜트의 제 1 또는 예비냉각 단계와 주 액화 단계 사이의 동력 불균형을 야기할 수 있다. 이는 주 액화 단계에 대한 증가된 동력 요건을 야기할 수 있어 액화 방법 또는 플랜트에 요구되는 총 동력의 증가를 야기할 수 있다.
도 1 에 도시된 배치는 본 기술에 공지될 출원인에게 공지되어 있지 않지만, 본 발명은 1 이상의 향상을 제공한다.
도 2 는 도 1 에 도시된 것 예컨대 LNG 플랜트와 유사한 제 1 열교환기 (101) 및 제 2 열교환기 (102) 사이의 본 발명의 제 1 실시예를 나타낸다.
제 1 열교환기 (101) 및 제 2 열교환기 (102) 는 천연 가스와 같은 탄화수소 스트림의 냉각에 포함될 수 있다. 이것의 일 실시예는 천연 가스의 온도를 어떤 예비처리 후의 초기 공급 온도로부터 0 ℃ 미만, 예컨대 -20 ℃ 와 -50 ℃ 사이로 감소시키도록 구성된 LNG 플랜트의 제 1 냉각 단계이다. 이를 달성하기 위해, 천연 가스는 2 이상의 열교환기를 통과할 수 있고, 프로판과 같은 1 이상의 냉각제, 또는 상기한 바와 같은 혼합된 냉각제에 의해 냉각될 수 있다.
제 1 냉각 단계의 열교환기 사이에서, 천연 가스 스트림 및 냉각제 스트림 중 하나 또는 그 둘이 이동할 수도 있으며, 이러한 스트림은 혼합된 증기 및 액체 스트림일 수도 있다. 일 실시예는 고압 열교환기인 제 1 열교환기 (101) 이고, 이 고압 열교환기에서 혼합된 냉각제가 '고' 압에서 증발된 다음 추가의 증발을 위해 저압 열교환기로 가도록 허용된다.
제 1 열교환기 (101) 는 셀 및 튜브 열교환기일 수 있고, 이 셀 및 튜브 열교환기에서 혼합된 냉각제가 증발되어 이 열교환기의 상부 부근에서 모인다. 모임의 한가지 형태는 상기한 바와 같은 튜브 시트 또는 튜브 플레이트 위의 공통 매니폴드에 있을 수 있다. 이러한 공통 매니폴드로부터, 제 1 열교환기 (101) 에 의해 발생된 재료의 혼합된 증기 및 액체 스트림을 수용할 수 있는 임의의 수의 출구가 있을 수 있다. 도 2 에 도시된 실시예에서, 6 개의 출구 (104) 가 있 다.
일반적으로, 6 개의 출구 (104) 가 이 출구를 통해 혼합된 증기 및 액체 스트림의 동일하거나 유사한 유동을 이동시킬 것이다.
제 1 열교환기 (101) 로부터의 모든 혼합된 증기 및 액체 스트림은 제 2 열교환기 (102) 로 이동되는 것이 바람직하다. 이를 달성하기 위해서, 제 1 열교환기 (101) 의 상부로부터의 6 개의 출구 (104) 는 6 개의 중간 도관 (103) 에 직접 연결되고, 이 6 개의 중간 도관 (103) 은 다시 제 2 열교환기 (102) 의 6 개의 입구 (105) 에 직접 연결된다. 입구 (105) 는 바람직하게는 제 2 열교환기 (102) 의 기부 또는 하부에 또는 기부 또는 하부 부근에 위치된다. 각각의 혼합된 액체 및 증기 스트림의 각각의 개별 출구 (104) 및 입구 (105) 를 경유한 제 2 열교환기 (102) 로의 직접 도입에 의해, 모든 스트림이 단지 하나의 도관 (예컨대, 도 1 의 도관 (103)) 으로의 조합이 회피되고, 이는 하나의 혼합된 증기 및 액체 스트림의 제 2 열교환기 (102) 의 모든 튜브로의 재분배의 문제를 감소 또는 최소화시킨다.
따라서, 혼합된 액체 및 증기 스트림의 열교환기 (102) 로의 더 균일한 도입이 제공되고, 제 1 열교환기 (101) 에서 유출되는 혼합된 스트림의 액상 및 증기상의 불균일분배를 감소 또는 최소화시키고, 제 2 열교환기 (102) 에서 혼합된 증기 및 액체 스트림의 더 균일한 온도 분배, 이에 따른 제 2 열교환기 (102) 를 통한 스트림의 더 효율적인 사용 또는 처리를 야기한다.
본 발명은 제 2 열교환기 (102) 주위의 분배 링 (도 1 에 도시된 분배 링 (7) 등) 에 대한 필요성을 회피함으로써 추가의 이점을 제공한다. 그러므로, 출구 (104) 로부터 제 2 열교환기 (102) 의 입구 (105) 로의 혼합된 증기 및 액체 스트림의 직접 이동은 자본 비용을 감소시키고, 또한 분배 링에 의해 발생되는 성층화를 회피시킨다.
바람직하게는, 중간 도관 (103) 은 출구 (104) 를 통해 제공되는 혼합된 증기 및 액체 스트림의 어떤 수평 이동 또는 운반을 감소 더 바람직하게는 최소화시키도록 위치결정 또는 위치되어, 제 2 열교환기 (102) 로의 상의 유입 이전에 가능한 한 상의 성층화를 최소화시키기도 한다.
도 2 에 도시된 배치는 어떤 2 개의 열교환기 사이에서 유용하다. 탄화수소 액화 플랜트의 어떤 냉각 단계는 직렬의 열교환기와 같은 3, 4, 5 또는 6 개의 열교환기를 사용할 수 있고, 이 직렬의 열교환기 사이에는 혼합된 액체 및 증기 스트림이 있을 수도 있다. 예컨대, 열은 상이한 압력 수준에서 교환된다. 도 2 에 도시된 배치는 이러한 열교환기 사이의 다수의 위치에서 유용할 수도 있다.
도 2 에 도시된 배치는 또한 혼합된 증기 및 액체 스트림의 불균일분배를 감소 또는 최소화시킬 수도 있고, 이 혼합된 기상 및 액상 스트림은 모두 하나의 추가의 열교환기로 보내지 않고 2 이상의 상이한 열교환기로 보내진다. 예컨대, 제 1 열교환기 (101) 의 1 이상의 출구 (104) 는 출구 (104) 의 스트림 또는 스트림들을 일 열교환기로 보낼수도 있고, 1 이상의 다른 출구가 스트림 또는 스트림들을 다른 열교환기로 보낼 수도 있다.
액화된 천연 가스 플랜트와 같은 산업용 플랜트 또는 설비에서는, 제 1 및 제 2 열교환기가 크기, 용량 또는 구성이 동일하지 않은 것이 가능하다. 예컨대, 제 1 열교환기가 제 2 열교환기보다 더 크거나, 적어도 그 내부에 더 큰 열교환기 영역을 갖는 것이 가능하다. 따라서, 제 1 열교환기의 더 많은 수의 반응기 튜브 (또는 다른 열교환 배치) 때문에, (제 2 열교환기의 입구의 수에 비해) 더 많은 수의 제 1 열교환기의 출구가 있을 수도 있다.
또한, 일반적으로는 큰 산업용 플랜트 또는 설비에서 요구되는 배관을 최소화시키는 것이 바람직하다.
제 1 열교환기의 출구의 수가 제 2 열교환기의 입구의 수보다 많은 경우, 도 3 에 도시된 배치가 유용하고, 여기서 2 이상의 제 1 열교환기의 출구가 더 적은 수의 중간 도관에 조합된다.
도 3 은 예컨대 LNG 플랜트에서 도 1 및 도 2 에 도시된 것과 유사한 제 1 열교환기 (201) 와 제 2 열교환기 (202) 사이의 본 발명의 제 2 실시예를 나타낸다.
도 3 의 제 1 열교환기 (201) 는 제 2 열교환기 (202) 로 이동될 혼합된 증기 및 액체 스트림의 유동을 위한 단지 예로서의 6 개의 출구 (204) 를 구비한다.
제 1 열교환기 (201) 와 제 2 열교환기 (202) 사이의 중간 도관의 수를 감소시키기 위해서, 출구 (204) 를 3 개의 중간 도관 (203) 으로 균등분할한다. 균등분할은 출구 (204) 중 2 개의 출구를 통해 하나의 중간 도관 (203) 으로 흐르는 혼합된 증기 및 액체 스트림의 조합을 포함하며, 도 3 에 도시된 6 개의 출구 (204) 는 출구의 스트림을 3 개의 중간 도관에 제공한다.
출구 및 중간 도관의 수의 다른 비가 가능하며, (제 2 열교환기로의) 입구에 대한 중간 도관, 및 입구에 대한 출구의 다른 비가 있다. 다른 이러한 비에 대한 배치가 당업자에 의해 가능하며, 바람직하게는 그 배치 사이에 분배, 할당 또는 조합의 가능한 한 균등분할을 사용하는 것이 바람직하다.
출구 (204) 로부터 중간 도관 (203) 으로의 스트림의 조합이 도 3 과 어떤 다른 배치에서 바람직하게 나타나거나, 제 1 열교환기 (201) 로부터 제 2 열교환기 (202) 로의 혼합된 증기 및 액체 스트림의 이동의 수직 부분, 구간 또는 구역에 위치한다. 상기한 바와 같이, 바람직하게는 중간 도관 (203) 에서의 혼합된 증기 및 액체 스트림의 어떤 후속하는 수평 이동 또는 운반이 감소되고, 더 바람직하게는 최소화되어, 수평 이동으로 인한 혼합된 증기 및 액체 스트림의 성층화를 최소화시킨다.
3 개의 중간 도관 (203) 은 그 도관의 혼합된 스트림을 제 2 열교환기 (202) 의 3 개의 대응하는 입구 (205) 로 직접 이동시킨다.
따라서, 도 3 에 있어서, 중간 도관 (203) 의 혼합된 증기 및 액체 스트림은 대응하는 입구 (205) 를 통해 제 2 열교환기 (202) 로 직접 공급된다.
본 발명은 EP 1088192 A1 에 도시된 것과 같은 3 단계 듀얼 혼합냉각제 공정의 제 1 또는 예비냉각 단계, US 6,389,844 B1 에 도시된 공정의 제 1 또는 예비냉각 단계, 및/또는 어떤 다른 액화 공정의 액화 단계 또는 시스템, 특히 다상 혼합냉각제를 사용하고 2 개의 극저온 열교환기를 포함하는 것에서 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 방법을 포함한다.
당업자는 본 발명이 첨부의 청구항의 범위를 벗어나지 않고서 다양한 방법으로 실행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (14)

  1. (a) 2 이상 (수: X) 의 출구를 통해 제 1 열교환기로부터 혼합된 증기 및 액체 스트림을 유출시키는 단계;
    (b) 출구의 혼합된 증기 및 액체 스트림을 2 이상의 중간 도관을 통해 제 2 열교환기로 이동시키는 단계; 및
    (c) 2 이상 (수: Y) 의 입구를 통해 중간 도관으로부터의 혼합된 증기 및 액체 스트림을 제 2 열교환기로 유입시키는 단계를 포함하고, 여기서 X 는 Y 이상인, 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, X 가 Y 보다 클 때, 2 이상의 출구로부터의 혼합된 증기 및 액체 스트림은 단계 (b) 이전이나 단계 (b) 동안 조합되어, 입구에 대하여 수 Y 의 스트림을 제공하는, 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 입구에 대하여 수 Y 의 스트림을 제공하기 위해 출구로부터의 혼합된 증기 및 액체 스트림의 균등분할이 있는, 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, X 는 Y 와 동일한, 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 출구의 수는 중간 도관의 수와 동일한, 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 입구의 수는 중간 도관의 수와 동일한, 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 혼합된 증기 및 액체 스트림은 냉각제 스트림인, 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 혼합된 증기 및 액체 스트림은 탄화수소 스트림인, 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 제 1 및 제 2 열교환기 는 탄화수소 스트림을 냉각시키는, 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 제 1 및 제 2 열교환기는 셀 및 튜브 열교환기인, 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 하나 이상의 항에 있어서, 제 1 열교환기는 2 내지 20 개의 출구, 바람직하게는 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 개의 출구를 가지는, 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 방법.
  12. 제 1 열교환기로부터 혼합된 증기 및 액체 스트림을 유출시키기 위한 제 1 열교환기를 위한 2 이상 (수: X) 의 출구; 출구의 혼합된 증기 및 액체 스트림을 제 2 열교환기로 이동시키기 위한 2 이상의 중간 도관; 및 중간 도관으로부터의 혼합된 증기 및 액체 스트림을 제 2 열교환기로 이동시키기 위한 2 이상 (수: Y) 의 입구를 적어도 포함하며, 여기서 X 는 Y 이상인, 제 1 열교환기와 제 2 열교환기 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림을 이동시키는 장치.
  13. 2 개 이상의 열교환기를 포함하는 냉각 단계를 통해 탄화수소 스트림을 이동 시키는 단계로서, 이 열교환기 사이에서 혼합된 증기 및 액체 스트림은 제 1 항 내지 제 11 항 중 하나 이상의 항에 규정된 바와 같이 이동하는 단계를 적어도 포함하는, 천연 가스와 같은 탄화수소 스트림을 냉각시키는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 액화된 탄화수소 스트림, 바람직하게는 액화된 천연 가스를 제공하기 위해 탄화수소 스트림을 액화시키는,천연 가스와 같은 탄화수소 스트림을 냉각시키는 방법.
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