KR20100098705A - 가스화된 탄화수소 스트림의 생성 방법； 기상 탄화수소 스트림의 액화 방법； 및 질소계 스트림을 냉각 및 재가온시키고 탄화수소 스트림을 액화 및 재가스화시키는 순환 프로세스 - Google Patents

가스화된 탄화수소 스트림의 생성 방법； 기상 탄화수소 스트림의 액화 방법； 및 질소계 스트림을 냉각 및 재가온시키고 탄화수소 스트림을 액화 및 재가스화시키는 순환 프로세스 Download PDF

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Abstract

제 1 근원 (12) 으로부터 제 1 액화 탄화수소 스트림 (10) 이 제공되고, 제 2 근원 (22) 으로부터 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 이 제공된다. 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 은 오로지 제 1 냉각된 질소계 스트림 (40) 대한 냉각에 의해 액화된다. 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림 (10, 20) 은 가스화되어, 가스화된 탄화수소 스트림 (11, 21, 51) 을 생성하고, 이로써 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림 (10, 20) 에 대하여 기상 질소계 스트림 (30) 을 냉각시켜, 제 2 냉각된 질소계 스트림 (40) 을 생성한다.

Description

가스화된 탄화수소 스트림의 생성 방법； 기상 탄화수소 스트림의 액화 방법； 및 질소계 스트림을 냉각 및 재가온시키고 탄화수소 스트림을 액화 및 재가스화시키는 순환 프로세스{METHOD OF PRODUCING A GASIFIED HYDROCARBON STREAM； METHOD OF LIQUEFYING A GASEOUS HYDROCARBON STREAM； AND A CYCLIC PROCESS WHEREIN COOLING AND RE-WARMING A NITROGEN-BASED STREAM, AND WHEREIN LIQUEFYING AND REGASIFYING A HYDROCARBON STREAM}
본 발명은, 특히 1 이상의 액화 탄화수소 스트림에 대해, 기상 (gaseous) 질소계 스트림을 냉각하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 거래되는 액화 탄화수소 스트림은 액화 천연 가스 (LNG) 를 포함하거나 본질적으로 액화 천연 가스로 구성된다.
천연 가스는, 더 작은 부피를 차지하고 고압으로 저장될 필요가 없기 때문에, 기체 형태보다 액체로서 더 용이하게 저장 및 장거리에 걸쳐 운송될 수 있다.
특히 장거리 운송의 경우, 액화 천연 가스는 예컨대 수출항 (export terminal) 과 수입항 (import terminal) 사이에서 원양선으로 운반될 수 있다. 수입항에서, LNG 는 재가스화되고, 콜드 에너지 (cold energy) 가 질소 가스의 액화를 돕는데 이용될 수 있다. 돌아오는 길에, 원양선은 액체 질소를 운송할 수 있고, 액체 질소의 콜드 에너지가 천연 가스의 액화에 이용될 수 있다.
GB 2 172 388 A 에는, 육지기반 수입 플랜트에서 질소를 액화하기 위한, 해상 (off-shore) 웰헤드 (wellhead) 에서 액화된 액화 천연 가스의 이용이 기재되어 있다. 육지기반 플랜트와 해상 웰헤드 사이에서 반대 방향으로 액화 질소 및 액화 천연 가스를 운송하기 위해 동일한 원양선이 이용된다.
그러나, GB 2 172 388 A 의 문제는, 질소의 냉각 효과를 보충 (top-up) 하기 위해 웰헤드에 작은 재순환 냉각 액화 플랜트가 필요하다는 것이다. 해상 웰헤드와 같은 불편한 위치에서 그러한 재순환 냉각 액화 플랜트를 작동 및/또는 유지하는 것은 매우 불편해 보인다.
본 발명은, 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림으로부터 가스화된 탄화수소 스트림을 생성하는 방법으로서, 적어도
(a) 제 1 근원으로부터 제 1 액화 탄화수소 스트림을 제공하는 단계;
(b) 상기 제 1 근원으로부터 지리적으로 분리된 위치에 있는 제 2 근원으로부터, 오로지 제 1 냉각된 질소계 스트림에 대한 냉각에 의해 액화된 제 2 액화 탄화수소 스트림을 제공하는 단계; 및
(c) 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림을 가스화하여, 가스화된 탄화수소 스트림을 생성하는 단계를 포함하고,
가스화한 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림에 대한 기상 질소계 스트림의 냉각이 제 2 냉각된 질소계 스트림을 제공하는, 가스화된 탄화수소 스트림의 생성 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 기상 탄화수소 스트림의 액화 방법으로서, 적어도
(a) 제 1 냉각된 질소계 스트림을 제공하는 단계; 및
(b) 오로지 제 1 냉각된 질소계 스트림에 대한 냉각에 의해, 탄화수소 스트림을 액화시켜, 액화 탄화수소 스트림을 제공하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 냉각된 질소계 스트림은 제 1 근원으로부터 제공되는 제 1 액화 탄화수소 스트림 및 제 2 근원으로부터 제공되는 제 2 액화 탄화수소 스트림에 대해 냉각된 기상 질소계 스트림으로부터 획득되고, 상기 냉각 동안, 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림은 가스화되고, 상기 제 2 근원은 제 1 근원으로부터 지리적으로 분리된 위치에 있고, 상기 제 2 액화 탄화수소 스트림은 오로지 제 2 냉각된 질소계 스트림에 대한 냉각에 의해 액화되는 기상 탄화수소 스트림의 액화 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 질소계 스트림을 냉각 및 가온 (warming) 시키고 탄화수소 스트림을 액화 및 가스화시키기 위한 순환 방법 프로세스로서,
(a) 제 1 수출 위치에서, 제 1 기상 탄화수소 스트림을 액화시켜, 제 1 액화 탄화수소 스트림을 생성하는 단계;
(b) 상기 제 1 수출 위치로부터 지리적으로 분리된 제 2 수출 위치에서, 단계 (e) 의 수입 위치에서 생성된, 냉각된 질소계 스트림을 수입하는 단계;
(c) 제 2 수출 위치에서, 오로지 냉각된 질소계 스트림에 대한 냉각에 의해 제 2 기상 탄화수소 스트림을 액화시켜, 제 2 액화 탄화수소 스트림을 생성하는 단계;
(d) 수입 위치에서, 단계 (a) 의 제 1 수출 위치 및 단계 (c) 의 제 2 수출 위치에서 각각 생성된 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림을 수입하는 단계;
(e) 수입 위치에서, 단계 (d) 에서 수입되는 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림에 대해 질소계 기상 스트림을 냉각시켜, 냉각된 질소계 스트림 및 가스화된 탄화수소 스트림을 생성하는 단계; 및
(f) 냉각된 질소계 스트림을 제 2 수출 위치까지 운송하는 단계를 포함하는 순환 방법 프로세스를 제공한다.
이하에서, 비제한적인 첨부 도면을 참조하여 예를 통해 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 따라 기상 질소계 스트림을 냉각시키는 방법의 제 1 계획도이다.
도 2 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 따라 기상 질소계 스트림을 냉각시키는 방법의 제 2 계획도이다.
도 3 은, 도 2 의 상세도이다.
도 4 는, 본 발명에서 이용될 수 있는 질소-냉각 사이클의 계획도이다.
도 5 는, 2 개의 다른 조건을 갖는, 도 4 의 질소-냉각 사이클에 대한 2 개의 가열 사이클을 보여준다.
이 설명을 위해, 라인 및 그 라인에서 운반되는 스트림에 단일 도면부호가 할당될 것이다. 동일한 도면부호는 유사한 구성요소들을 가리킨다.
근원 중 하나에서 액화 탄화수소 스트림 중 적어도 하나를 생성하는데 이용될 수 있는 냉각된 질소계 스트림을 생성하기 위해, 적어도 2 개의 지리적으로 분리된 근원으로부터의 액화 탄화수소 스트림에 콜드 베스트된 (cold vested) 응집체 (aggregate) (이 액화 탄화수소 스트림을 가스화할 때 방출됨) 를 이용하는 것이 현재 제안된다.
본 출원인은, 1 이상의 근원으로부터의 액화 탄화수소 스트림을 이용하면, 부가적인 냉매 사이클없이 지리적 근원 중 하나에서 2 개의 액화 탄화수소 스트림 중 적어도 하나를 생성하기에 충분한 냉각된 질소계 스트림을 생성할 가능성이 제공될 수 있음을 발견하였다.
본 출원인은, 냉각된 질소계 스트림을 이용하여 완전히 액화된 제 2 액화 탄화수소 스트림에 대한 부가적인 액화 탄화수소 스트림의 질량비가 2 : 1∼ 8 : 1 인 경우, 그러한 작업이 최적화되는 것을 발견하였다.
이와 함께, 비교적 간단한 액화 프로세스가 지리적 위치 중 적어도 하나에서 유지될 수 있고, 재순환 냉매와 같은 부가적인 냉매 근원을 필요로 하지 않는다. 그러므로, 이 지리적 위치는 멀리 떨어져 있고/있거나 서비스되기 어려운 위치일 수 있다.
본 방법이 이른바 수반 가스 (stranded gas) 를 모네타이즈 (monetize) 하는데 이용될 수 있음을 생각할 수 있다.
본 발명은, 열역학에 의하면 질소의 액화에 요구되는 듀티 (duty) 의 대부분이 대기압에서 액화 천연 가스의 일반적인 온도보다 더 낮은 온도 레벨에서 제거될 필요가 있다고 하는 지견에 기초한다. 따라서, 액화 천연 가스는 혼자 힘으로 희망하는 양의 질소를 액화시킬 수 없고, 일반적으로 육지기반 플랜트에서 부가적인 냉각 사이클에 많은 부가적인 냉각을 제공하거나 또는 일반적으로 비효율적인 열펌프를 제공하는 것이 요구된다.
더 적은 양의 질소 (기상 탄화수소 스트림을 냉각시켜 액화 탄화수소 스트림을 생성하기 위해 두 근원 중 하나에 선적될 수 있음) 를 냉각, 바람직하게는 액화시키기 위해, 적어도 2 개의 지리적으로 분리된 근원으로부터 액화 탄화수소 스트림 (예컨대, LNG 형태) 을 이용하는 것이 현재 제안된다.
이로써, 더 많은 질량의 LNG 를 이용할 수 있고, 이는 특정 온도에서, 단지 액화 질소가 운송되는 근원으로부터 이용가능한 LNG 의 질량보다 더 많은 냉각 듀티를 방출할 수 있다. 다중 근원으로부터 LNG 의 조합 질량으로, LNG 의 수입 위치에서 부가적인 냉각 듀티가 적게 요구되거나 심지어 전혀 요구되지 않는다.
제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림으로부터의 냉기 (cold) 를 이용하여 생성된 제 2 냉각 질소계 스트림의 질량이 적어도 제 2 액화 탄화수소 스트림을 생성하는데 이용되는 제 1 냉각 질소계 스트림의 질량만큼 많다면, 지속가능한 작동이 제공된다.
운송선은, 액화 질소를 운반할 수 있는 것처럼, 수출 위치로부터 수입 위치로 동일한 체적의 액화 천연 가스를 단지 운반할 수 있다. 본 발명의 발명자는, 일 근원으로부터 LNG 에서 이용가능한 냉각 듀티에, 그 체적의 LNG 를 냉각 및 액화시키는데 이용되도록 그 근원에 도로 선적되는 동일한 체적의 액화 질소를 생성하기 위해 추가되어야 하는 일의 양이, 그 체적의 LNG 를 액화시키는데 요구되는 일의 양보다 더 많다는 것을 발견하였다. 따라서, GB 2 172 388 A 의 구성은 에너지를 절감할 것으로 예상되지 않는다.
더 적은 근원에서 LNG 를 생성하는데 요구되는 냉각 (바람직하게는 액화) 질소계 스트림을 생성하기 위한 LNG 의 다중 근원의 제안된 이용이 이제 제안되고, 따라서 더 많은 냉각 듀티가 LNG 형태로 이용가능하다. 물론, 다른 LNG 근원에서 천연 가스 또는 다른 탄화수소를 액화시키기 위해 부가적인 일이 이제 입력되지만, 어쨌든, 수입 위치에 천연 가스를 제공할 수 있도록, 이 LNG 는 생성될 필요가 있다. 따라서, 본 발명은 부가적인 냉각 듀티 및 장비가 감소된다는 점에서 (그렇지 않다면, 수입 위치에서 충분한 액체 질소를 생성하기 위해 필요함) 에너지를 절감한다.
도 1 은, LNG 재가스화 설비 (2) 의 일부에서 기상 질소계 스트림을 냉각시키는 방법의 제 1 계획도를 보여준다.
LNG 는, 다른 액화 탄화수소 스트림이 존재하지만, 본 발명에 적합한 액화 탄화수소 스트림의 일례이다. 액화 탄화수소 스트림, 특히 LNG 의 성질은 본 기술분야에서 공지되어 있다. LNG 는 통상적으로 대기압에서 -150 ℃ 미만의 온도까지 천연 가스를 액화시킬 수 있는 천연 가스 액화 플랜트의 생성물이다. 1 이상의 냉매 및 냉매 사이클을 이용한 천연 가스의 액화는 본 기술분야에서 잘 알려져 있다.
통상적으로, 일반적으로 액화 탄화수소 스트림이 재가스화된 후 이용되거나 또는 이용자에게 파이프를 통해 전달될 수 있는 위치까지 LNG 와 같은 액화 탄화수소 스트림을 장거리에 걸쳐 운송하는 것이 바람직하다. 장거리 운송은 통상적으로 근원으로부터 재가스화 설비까지 원양선으로 행해진다.
액화 탄화수소 스트림의 근원은 임의의 설비, 플랜트, 저장소 (depot) 또는 유닛일 수 있다. 이는 기상 스트림으로부터 액화 탄화수소 스트림이 제공되는 플랜트 (예컨대, LNG 액화 플랜트) 및 액화 탄화수소 스트림 저장 또는 분배 포트 (port) 를 포함한다. 그러한 근원은 해상에 있을 수 있지만, 일반적으로 육상에 있고, 더 일반적으로 수출항이거나 수출항을 포함한다. LNG 와 같은 액화 탄화수소 스트림용 수출항은 본 기술분야에서 잘 알려져 있다.
액화 탄화수소 스트림의 가스화 또는 재가스화는 통상적으로 "재가스화 설비" 로 불리는 임의의 적절한 설비, 플랜트 또는 유닛에서 행해질 수 있다. 그러한 설비는 본 기술분야에서 잘 알려져 있으며, 일반적으로 액화 탄화수소 스트림의 근원으로부터 지리적으로 분리되어 있다. 통상적으로, 재가스화 설비는 액화 탄화수소 스트림 근원으로부터 물을 가로지른 곳에 있다. 재가스화 설비의 일례가 수입항이다.
재가스화 설비, 특히 수입항은 일반적으로 장기 또는 단기로 LNG 와 같은 액화 탄화수소 스트림을 수용 및 저장할 수 있는 1 이상의 저장 탱크를 포함한다.
본 발명에 의해 냉각되는 기상 질소계 스트림은 60 몰% 초과의 질소를 포함한다. 그러한 스트림은 순수한 질소 가스, 공기, 및 질소함유 연도 가스를 포함한다. 따라서, 기상 질소계 스트림이 근원으로부터 직접 제공될 수 있고, 또는 공기와 같은 질소-근원 스트림으로부터 분획으로서 제공된다. 순수한 질소 스트림과 같은 기상 질소계 스트림의 제공은 본 기술분야에 공지되어 있으므로, 여기서 더 논의하지 않는다.
본 발명에서 다른 스트림에 대한 일 스트림의 냉각은 일반적으로 1 이상의 단계에서 1 이상의 열교환기를 통해 스트림의 통과에 의해 행해진다. 적절한 열교환기는 본 기술분야에서 잘 알려져 있고, 다양한 크기 및/또는 디자인을 가질 수 있다. 냉각을 위해 2 이상의 열교환기가 이용되는 경우, 그러한 열교환기는 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬일 수 있다.
액화 탄화수소 스트림은 임의의 적절한 탄화수소함유 가스 스트림일 수 있는 기상 탄화수소 스트림으로부터 제공될 수 있지만, 일반적으로 천연 가스 또는 석유 저유지 (reservoir) 로부터 획득되는 천연 가스 스트림이다. 대안적으로, 천연 가스 스트림은 Fischer-Tropsch 프로세스와 같은 합성 (synthetic) 근원을 포함하는 다른 근원으로부터 획득될 수도 있다.
일반적으로 천연 가스 스트림은 실질적으로 메탄으로 구성된다. 천연 가스 스트림은 바람직하게는 적어도 60 몰% 메탄, 더 바람직하게는 적어도 80 몰% 메탄을 포함한다.
근원에 따라, 기상 탄화수소 스트림은 일부 방향족 탄화수소뿐만 아니라 에탄, 프로판, 부탄 및 펜탄과 같이 메탄보다 더 무거운 탄화수소를 가변량 (varying amount) 으로 포함할 수 있다. 또한, 천연 가스 스트림은 H2O, N2, CO2, H2S 및 다른 황화합물 등과 같은 비탄화수소를 포함할 수 있다.
원한다면, 기상 탄화수소 스트림은 본 발명에서의 사용 전에 전처리될 수 있다. 이 전처리는 CO2 및 H2S 와 같이 원하지 않는 성분의 제거, 또는 예비냉각, 예비가압 등과 같은 다른 단계를 포함할 수 있다. 이러한 단계가 본 기술분야의 당업자게에 잘 알려져 있으므로, 여기서 더 논의하지 않는다.
도면을 참조해 보면, 도 1 에, 저장 탱크 또는 수출항과 같은 제 1 근원 (12) 으로부터의 제 1 액화 탄화수소 스트림 (10), 바람직하게는 LNG 가 도시되어 있다. 제 1 액화 탄화수소 스트림 (10) 은 LNG 재가스화 설비 (2) 에서 가스화되는데, 여기서의 가스화는 제 1 액화 탄화수소 스트림 (10) 을 제 1 열교환기 (16) 에 통과시켜, 제 1 가스화 탄화수소 스트림 (11) 을 제공하는 것을 포함한다.
또한, 도 1 에는, 제 1 액화 탄화수소 스트림 (10) 과 동일한 또는 상이한 인벤토리 (inventory) 를 가질 수 있는 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 이 도시되어 있으며, 제 2 액화 탄화수소 스트림은 바람직하게는 LNG 이지만, 제 2 저장 탱크 또는 제 2 수출항일 수 있는 제 2 근원 (22) 으로부터 제공된다. 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 은 LNG 재가스화 설비 (2) 에서 가스화되는데, 여기에는 제 2 액화 탄화수소 스트림을 제 2 열교환기 (18) 에 통과시켜, 제 2 가스화 탄화수소 스트림 (21) 을 제공하는 것이 포함된다.
또한, 도 1 에는, 기상 질소계 스트림 (30) 이 도시되어 있는데, 기상 질소계 스트림은 본질적으로 질소로 이루어질 수 있으며, 예컨대 90 몰% 초과, 95 몰% 초과, 99 몰% 초과의 질소, 또는 순수 질소를 포함할 수 있다. 기상 질소계 스트림 (30) 은 일반적으로 제 1 액화 탄화수소 스트림 (10) 의 역류 방향으로 제 1 열교환기 (16) 를 통과하여 냉각되고, 이로써 일부 냉각된 질소계 스트림 (30a) 을 제공하며, 이 스트림 (30a) 은 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 에 대하여 제 2 열교환기 (18) 를 통과하여, 제 1 또는 제 2 냉각된 질소계 스트림 (40) 을 제공한다.
바람직하게는, 제 1 또는 제 2 냉각된 질소계 스트림 (40) 은 후술하는 액화된 질소 스트림이다.
도 2 는 본 발명의 제 2 계획도를 보여준다. 도 1 처럼, LNG 일 수 있는 제 1 액화 탄화수소 스트림 (10) 및 LNG 일 수 있는 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 이 도시되어 있다. 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림 (10, 20) 은 동일하거나 또는 상이할 수 있고, 심지어 양자 모두 LNG 인 경우, 양자는 동일한 또는 상이한 조성 및/또는 인벤토리를 가질 수 있다.
도 2 에서, 제 1 액화 탄화수소 스트림 (10) 은 바람직하게는 제 1 수출항 (ET1) 인 제 1 근원 (12) 으로부터 제공된다. 제 1 수출항 (ET1) 은 본 기술분야에서 공지된 방식으로 기상 탄화수소 스트림 (60) 을 액화시킬 수 있는 탄화수소 액화 설비를 포함할 수 있다. 천연 가스와 같은 기상 탄화수소 스트림을 액화시키는 방법 및 프로세스는 본 기술분야에서 잘 알려져 있으며, 1 이상의 냉각 단계에서 1 이상의 냉매에 대한 냉각을 포함한다.
일반적으로, 제 1 수출항 (ET1) 은 바다에 또는 바다 근처에 있고, 제 1 액화 탄화수소 스트림 (10) 의 재가스화의 위치로부터 지리적으로 분리된 (일반적으로 멀리 떨어진) 위치에 있다. 그러므로, 운송 (예컨대, 원양선에 의한 운송) 은 일반적으로 제 1 수출항 (ET1) 으로부터 도 2 에서 수입항 (32) 으로 나타낸 재가스화 위치까지 액화 탄화수소 스트림 (10) 을 전달할 것이 요구된다.
제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 은 바람직하게는 제 2 수출항 (ET2) 인 제 2 근원 (22) 으로부터 제공된다. 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 은 바람직하게는, 후술하는 방식으로 천연 가스와 같은 제 2 기상 탄화수소 스트림 (70) 의 액화에 의해 제공된다.
제 1 수출항 (ET1) 처럼, 제 2 수출항 (ET2) 은 통상적으로, 도 2 에서 수입항 (32) 으로 나타낸 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 의 재가스화의 위치로부터 지리적으로 분리된 (일반적으로 멀리 떨어진) 위치에 있다.
제 1 및 제 2 액체 탄화수소 스트림 (10, 20) 은 본 기술분야에서 공지된 방식으로 개별 액화 트레인과 같은 개별 액화 프로세스로부터 제공된다. 제 1 및 제 2 근원 (12, 22) 은 지리적으로 분리되어 있다. 이로써, 제 2 근원보다 제 1 근원이 더 용이하게 접근가능하게 되거나 편리하게 될 수 있다. 대안적으로, 개별 액화 프로세스는 동일한 지리적 영역 또는 위치에 있을 수 있지만, 서로 다른 저유지에 의해 공급될 수 있다. 지리적으로 분리된 위치에 있는 제 1 근원 (12) 및 제 2 근원 (22) 의 형태가 되는 것도 고려할 수 있다.
도 2 에서, 수입항 (32) 은 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림 (10, 20) 의 재가스화를 위한 설비로서 도시되어 있다. 도 2 에는, 수입항 (32) 에서 본 기술분야에 공지된 LNG 저장 탱크와 같은 1 이상의 공통 저장 탱크 (34) 로의 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림 (10, 20) 의 조합이 도시되어 있다. 기상 질소계 스트림 (30) 에 조합된 가스화 탄화수소 스트림 (51) 을 제공하기 위한 재가스화의 일부로서, 조합된 액화 탄화수소 스트림 (50) 이 그의 냉각을 전달하기 위해 저장 탱크(들) (34) 로부터 제공되어 제 3 열교환기 (36) 를 통과한다 제 3 열교환기 (36) 는 본 기술분야의 당업자에게 공지된 1 이상의 단계, 부분, 구획, 스테이지 또는 열교환기, 라인업 (line up), 작동 및 작용을 포함할 수 있다.
제 3 열교환기 (36) 로부터, 기상 질소계 스트림 (30) 은 냉각된 제 2 질소계 스트림 (40), 바람직하게는 액화된 질소 스트림으로서 제공된다.
냉각된 질소계 스트림 (40) 은 제 2 수출항 (ET2) 에 전달되고, 이곳에서 적어도 일부 (일반적으로 완전히) 가스화됨으로써 제 1 냉각된 질소계 스트림으로서 이용되어, 적어도 일부 (일반적으로 완전히) 가스화된 질소 스트림 (41) 및 냉각의 근원을 제공한다. 바람직하게는, 이러한 냉각이 제 2 기상 탄화수소 스트림 (70) 을 적어도 일부, 바람직하게는 완전히 액화시켜, 제 2 근원 (12) 에서 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 을 제공한다. LN2 와 같은 냉각된 (바람직하게는 액체) 질소계 스트림에 의한 기상 탄화수소 스트림의 냉각, 바람직하게는 액화가 본 기술분야에 공지되어 있고, 여기서 더 설명하지 않는다.
몇몇의 상황에서는, 원양선의 1 이상의 저장 탱크로부터 제공되는 액체 질소와 같은, 고정된, 미리 결정된 또는 배치된 체적 또는 양의 냉각된 질소계 스트림 (40) 이 제공될 수 있다. 그러한 체적 또는 양을 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 의 동일한 체적 또는 양에 가능한 한 가까운 체적 또는 양 (일반적으로 ±10 체적%) 으로 대체할 수 있는 것이 가장 효과적이다.
제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 의 액화는 1 이상의 다른 냉매 스트림과의 열교환에 의해 보조받을 수 있다. 그러나, 본 발명에서는, 그러한 1 이상의 다른 냉매 스트림에 의해 제공되는 임의의 냉각이 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 을 제공하는데 요구되는 냉각의 50 % 미만, 바람직하게는 40 % 미만, 30 % 미만, 20 % 미만, 심지어 10 % 미만이 되도록 한다. 예컨대, 액체 질소는 일반적으로 -150 ℃ 미만, 예컨대 -180 ℃ 미만, 심지어 -190 ℃ 미만의 온도에 있다. 일반적으로, 액체 질소는 천연 가스의 액화 온도보다 더 차갑다. 바람직하게는, 제 2 기상 탄화수소 스트림 (70) 의 액화는 오로지 냉각된 질소계 스트림 (40) 에 의해 제공된다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 공급 스트림으로서 제공되는 제 2 기상 탄화수소 스트림 (70) 과 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 사이의 엔탈피 차의 80 % 초과, 바람직하게는 90 % 초과가 냉각된 질소계 스트림 (40) 에 의해 제공된다.
기상 질소계 스트림 (30) 의 냉각을 제공하기 위해 가스화되는 제 1 액화 탄화수소 스트림 (10) 및 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 의 상대적인 인벤토리 (바람직하게는 양 (amount)) 는 임의의 비 또는 조합일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 방법에서 제 1 액화 탄화수소 스트림 (10) 대 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 의 질량비는 2 : 1 ∼ 8 : 1, 더 바람직하게는 3 : 1 ∼ 7 : 1 이다.
바람직하게는, 제 1 액화 탄화수소 스트림 (10) 대 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 의 질량비는, 제 2 기상 탄화수소 스트림 (70) 을 실질적으로, 예컨대 80 질량% 초과 또는 90 질량% 초과, 또는 완전히 액화시켜 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 을 제공할 수 있는 충분한 양 또는 질량의 냉각된 질소계 스트림 (40) 이 제공되도록 한다.
다른 방식에서, 본 발명의 방법은, 냉각된 질소계 스트림 (40) 의 질량 Z 를 제공하기 위해, 제 1 액화 탄화수소 스트림 (10) 의 질량 X 를 가스화하고, 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 의 질량 Y 를 가스화하며, 냉각된 질소계 스트림 (40) 의 질량 Z 는 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 의 질량 Y 를 제공하도록 제 2 기상 탄화수소 스트림 (70) 을 완전히 액화시킬 수 있다.
도 3 은 도 2 의 상세도이다. 도 3 에는, 제 1 근원 (12) 으로부터 수입항 (32) 과 같은 재가스화 위치로의 제 1 액화 탄화수소 스트림 (10) 의 운송을 나타내기 위한 원양선 (44) 이 도시되어 있다. 이와 유사하게, 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 을 제 2 근원 (22) 으로부터 수입항 (32) 과 같은 재가스화 위치로 운송할 수 있는 제 2 원양선 (46) 이 도시되어 있다.
도 3 은, 바람직하게는 제 2 원양선 (46) 을 포함하는 순환 프로세스인 본 발명의 다른 실시형태를 보여준다. 제 2 원양선 (46) 이 제 1 액화 탄화수소 스트림 (10) 을 따라 기상 질소계 스트림 (30) 을 냉각시키기 위해 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 을 수입항 (32) 으로 운송할 수 있는 경우, 바람직하게는 제 2 원양선은 제 2 기상 탄화수소 스트림 (70) 을 냉각시키기 위해 냉각된, 바람직하게는 액화된 질소계 스트림 (40) 을 제 2 근원 (22) 으로 운송한다.
이런 방식에서, 본 발명이 제 2 근원 (22) 과 수입항 (32) 사이에 제 2 원양선 (46) 에 대한 순환 루트를 제공할 수 있음을 볼 수 있다.
제 2 원양선 (46) 은, 제 2 근원 (22) 과 수입항 (32) 사이에서 이동할 수 있는 다수의 그러한 원양선이 존재하는 경우 1 이상의 베슬 (vessel) 을 포함할 수 있다. 따라서, 냉각된 질소계 스트림 (40) 은 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 이 제공되었던 동일한 저장 설비 및/또는 동일한 원양선에서 정확히 운반되지 않을 수 있지만, 유사한 저장 설비 및/또는 유사한 원양선에서 운송될 수 있다.
제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림 (10, 20) 은 가스화 전에 조합되거나 또는 그렇지 않다면 축적된 후, 기상 질소계 스트림 (30) 을 냉각시키기 위해, 그로부터 제공되는 조합된 스트림으로서 또는 1 이상의 분할된 (split) 스트림으로서 가스화될 수 있다.
또한, 기상 질소계 스트림 (30) 의 냉각이 1 단계로 또는 1 이상의 단계로 이루어질 수 있으며, 여기서 그 또는 각 단계에는 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림 (10, 20) 또는 이들의 조합의 임의의 분획이 제공된다.
도 4 는, 액화 탄화수소 스트림(들)과 질소계 기상 스트림 사이의 상호작용의 일례를 보여주기 위한 질소-냉매 냉각 사이클 (52) 의 일례이다. 도 4 는, 도 5 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 이점을 설명한다.
도 4 에서, 조합된 액화 탄화수소 스트림 (50) 이 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림 (10, 20) 의 대표로서 제공된다. 조합된 액화 탄화수소 스트림 (50) 은, 조합된 가스화 탄화수소 스트림 (51) 을 제공하기 위해, 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬의 1 이상의 열교환기를 포함할 수 있는 제 4 열교환기 (54) 를 통과한다. 압축된 질소-냉매 스트림 (56) 이 또한 제 4 열교환기 (54) 를 통과하며, 이 압축된 질소-냉매 스트림은 본 기술분야에서 공지된 방식으로 제 4 열교환기 (54) 에서 조합된 액화 탄화수소 스트림 (50) 의 가스화에 의해 통상적으로 -140 ℃ ∼ -160 ℃ 의 온도까지 냉각될 수 있다. 이는 제 1 냉각된 질소-냉매 스트림 (58) 을 제공하고, 이 스트림은 익스팬더 (expander) (62) 를 통과하여, -160 ℃ 미만, 예컨대 -190 ℃ 미만의 온도를 갖는 냉각된 팽창 질소-냉매 스트림 (64) 을 제공한다. 순수 질소 가스는 대기압, -196 ℃ 에서 액화될 수 있고, 팽창된 냉각 질소-냉매 스트림 (64) 의 의도는, 요구되는 냉각 듀티를 제공하여 제 5 열교환기 (66) 에서 기상 질소계 스트림 (30) 을 액화시키는 것이다. 제 5 열교환기 (66) 는 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬의 1 이상의 열교환기를 포함할 수 있고, 냉각된, 바람직하게는 액화된 질소계 스트림 (40) 을 제공하기 위한 순수 질소와 같은 기상 질소계 스트림 (30) 의 액화는 본 기술분야에서 공지되어 있다. 제 5 열교환기 (66) 는 가온된 (warmed) 질소-냉매 스트림 (68) 을 또한 제공하며, 이 스트림은 1 이상의 적절한 압축기 (72) 에 의해 압축되어, 압축된 질소-냉매 스트림 (56) 을 제공할 수 있다.
도 5 는, 도 4 에 나타낸 질소-냉매 냉각 사이클 (52) 에 대한 온도 (T) 대 듀티 (Q) 의 그래프이다.
재가스화된 LNG 의 알고 있는 질량 X 에 기초하여 LN2 의 질량 Z 를 제공하는데 필요한 일반적인 냉각 사이클 및 에너지 요구가 본 기술분야에서 공지되어 있다. 이를 개략적으로 경로 A-B-C-D 로 도 5 에 나타내었다. 예컨대, 약 -160 ℃ 의 온도로부터 LNG 의 질량 X 를 재가스화하면, 재가스화된 LNG 로부터 질소-냉매에 냉각을 제공할 수 있고, 이로써 라인 A-B 를 따라 열을 추출할 수 있다 ( →β 로 표시함). 지점 B 에서 질소-냉매가 팽창하면, 라인 B-C 를 따라 온도가 -160 ℃ 미만으로 내려간다. 증발된 질소-냉매가 라인 C-D 를 따라 지나가면, 기상 질소계 스트림으로부터 열을 추출하여 (→
Figure pct00001
), 액화된 질소계 스트림을 제공할 수 있다. 냉각 사이클의 라인 D-A 동안, 압축 동력이 요구되며, 이것이 질소-냉매 냉각 사이클을 완성하는데 요구되는 '외부 메이크업 (make-up) 동력' 이다.
본 발명은 경로 EFCD (각 지점이 도 4 의 냉각 사이클 (52) 에도 도시되어 있음) 에 기초한 질소-냉매 냉각 사이클을 제공한다.
E 와 F 사이의 냉각 사이클 (52) 의 경로는 라인 A-B 에 대해 전술한 것과 유사하고, 비록 후술하는 것처럼 라인 A-B 의 경우보다 더 낮은 온도이기는 하지만, LNG 의 질량 X + Y 의 가스화가 질소-냉매로부터 열을 추출 (→ γ) 할 수 있다. 지점 F 의 경우, 질소-냉매가 지점 C 로 팽창하게 되고, 질소-냉매로부터의 냉각이 경로 C-D 를 따라 질소계 스트림에 제공되어, 전술한 것처럼 액화 질소계 스트림을 제공할 수 있다.
본 발명의 이점은, 지점 D 로부터 가온된 질소-냉매의 재압축이 전술한 것처럼 지점 A 가 아니라 지점 E 까지만 요구된다는 것이다. 이는 LNG 의 더 큰 질량 X + Y 가 특정 온도에서 단지 LNG 의 질량 X 보다 더 많은 냉각을 방출할 수 있기 때문이며, 그 결과, 라인 E-F 에 대해 요구되는 냉각 듀티 (Q) 가 단지 LNG 의 질량 X 의 가스화에 비해 더 낮은 가스화 온도에서 LNG 의 질량 X + Y 에 의해 제공될 수 있다. 더 낮은 온도에서 질소-냉매를 냉각시킬 수 있는 LNG 의 질량 X + Y 로, 지점 C 에서 동일한 압축 듀티를 달성하는데 질소-냉매의 적은 압축이 요구되고, 이로써 본 발명에서 이용가능한 질소-냉매 냉각 사이클 (52) 에서 (지점 D 로부터) 압축기에 의해 요구되는 외부 메이크업 동력이 (지점 A 로부터 지점 E 까지) 감소된다.
따라서, 감소된 외부 메이크업 동력을 요구하면서 다량의 기상 질소계 스트림을 냉각하는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 일 이점이다.
본 발명의 다른 이점은, 기상 질소계 스트림의 냉각에 이용될 수 있는 기상 탄화수소 스트림을 적어도 일부, 바람직하게는 완전히 액화시키기 위한, 본 발명의 상기 방법에 의해 제공되는 냉각된, 바람직하게는 액화된 질소계 스트림의 이용을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 이점은, 본 발명의 상기 방법에 의해 제공되는 냉각된 질소계 스트림의 체적 또는 양을, 냉각된 질소계 스트림의 가스화로부터 제공되는 액화 탄화수소 스트림의 양과 동등하게 하고/하거나 균형잡는 것이다.
따라서, 본 발명은 질소와 같은 기상 질소계 스트림을 액화시키는데 이용되는 천연 가스 스트림을 위한 비출력 (specific power) 을 줄일 수 있다. 즉, 액화 천연 가스로부터 제공되는 에너지의 더 효율적인 이용에 의해, (액화를 돕기 위한) 기상 질소계 스트림에 대해 다량의 천연 가스를 액화, 운송 및 재가스화시키는데 요구되는 에너지를 줄일 수 있다.
예컨대, 도 5 의 배치를 이용하고, 기상 질소의 질량 Z 의 액화를 돕기 위한 LNG 의 질량 X 의 가스화에 기초하여, 1 의 유닛 길이를 갖는 라인 D-A 를 이용하면, 동일한 질량 (즉, 총 질량 = X + 1Y) 을 갖는 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 의 재가스화에서의 추가가 도 5 의 라인 D-A 의 상대 길이를 0.68 로 줄일 수 있다. 즉, 동일한 체적 Z 의 N2 를 액화시키는데 요구되는 부가적인 메이크업 압축 동력인 라인 D-E 가 라인 D-A 보다 32 % 더 적다.
이와 유사하게, 제 1 액화 탄화수소 스트림 (10) 의 질량에 비해 제 2 액화 탄화수소 스트림 (20) 의 3 배의 질량 (3Y) 의 부가적인 이용 (즉, 총 질량 = X + 3Y) 은 라인 D-A 의 상대 길이를 0.47 로 줄일 수 있다. 즉, 동일한 체적 Z 의 N2 를 액화시키는데 요구되는 부가적인 메이크업 압축 동력인 라인 D-E 가 라인 D-A 보다 53 % 더 적다.
동일한 체적의 질소를 액화시키는데 요구되는 부가적인 에너지의 32 % 또는 53 % 의 감소는 명백히 의미있는 에너지 절감이고, 이는 기상 질소계 스트림의 액화를 돕는 천연 가스와 같은 탄화수소 스트림(들)에 요구되는 전체 비출력에 영향을 미칠 수 있다.
본 기술분야의 당업자는 본 발명이 첨부된 청구항의 범위 내에서 매우 다양한 방식으로 실시될 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (17)

  1. 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림으로부터 가스화된 탄화수소 스트림을 생성하는 방법으로서, 적어도
    (a) 제 1 근원으로부터 제 1 액화 탄화수소 스트림을 제공하는 단계;
    (b) 상기 제 1 근원으로부터 지리적으로 분리된 위치에 있는 제 2 근원으로부터, 오로지 제 1 냉각된 질소계 스트림에 대한 냉각에 의해 액화된 제 2 액화 탄화수소 스트림을 제공하는 단계; 및
    (c) 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림을 가스화하여, 가스화된 탄화수소 스트림을 생성하는 단계를 포함하고,
    가스화한 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림에 대한 기상 질소계 스트림을 냉각시켜 제 2 냉각된 질소계 스트림을 제공하는, 가스화된 탄화수소 스트림의 생성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 냉각된 질소계 스트림은 액화 질소계 스트림인, 가스화된 탄화수소 스트림의 생성 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림은 조합되어, 가스화되기 전에 조합된 액화 탄화수소 스트림을 형성하는, 가스화된 탄화수소 스트림의 생성 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 액화 탄화수소 스트림 대 제 2 액화 탄화수소 스트림의 질량비가 2 : 1 ∼ 8 : 1 인, 가스화된 탄화수소 스트림의 생성 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 생성되는 제 2 냉각된 질소계 스트림의 질량이 적어도 단계 (b) 에서 이용되는 제 1 냉각된 질소계 스트림의 질량만큼 많은, 가스화된 탄화수소 스트림의 생성 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 냉각된 질소계 스트림은 제 2 근원에서 적어도 일부 가스화되어, 제 2 탄화수소 스트림을 액화시키기 위한 냉각의 근원을 제공하는, 가스화된 탄화수소 스트림의 생성 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각된 질소계 스트림의 질량 Z 를 제공하기 위해, 상기 단계 (a) 는 제 1 액화 탄화수소 스트림의 질량 X 를 제공하는 것을 포함하고, 상기 단계 (b) 는 제 2 액화 탄화수소 스트림의 질량 Y 를 제공하는 것을 포함하며,
    상기 단계 (c) 에서의 제 1 및 제 2 탄화수소 스트림의 가스화는 제 2 냉각된 질소계 스트림의 질량 Z 를 생성하고, 질량 Z 는 제 2 액화 탄화수소 스트림의 질량 Y 를 제공하도록 제 2 기상 탄화수소 스트림을 완전히 액화시킬 수 있는, 가스화된 탄화수소 스트림의 생성 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 액화 탄화수소 스트림의 제 1 근원이 제 1 수출항이고, 제 2 액화 탄화수소 스트림의 제 2 근원이 제 2 수출항인, 가스화된 탄화수소 스트림의 생성 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a), 단계 (b) 및 단계 (c) 가 수입항에서 행해지는, 가스화된 탄화수소 스트림의 생성 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 제 1 액화 탄화수소 스트림은 제 1 근원으로부터 수입항까지 제 1 베슬에 의해 운송되고, 제 2 액화 탄화수소 스트림은 제 2 근원으로부터 수입항까지 제 2 베슬에 의해 운송되는, 가스화된 탄화수소 스트림의 생성 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 제 2 냉각된 질소계 스트림은 수입항으로부터 제 2 근원까지 제 2 베슬에 의해 운송되는, 가스화된 탄화수소 스트림의 생성 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림은 액화 천연 가스 스트림인, 가스화된 탄화수소 스트림의 생성 방법.
  13. 기상 탄화수소 스트림의 액화 방법으로서, 적어도
    (a) 제 1 냉각된 질소계 스트림을 제공하는 단계; 및
    (b) 오로지 제 1 냉각된 질소계 스트림에 대한 냉각에 의해, 탄화수소 스트림을 액화시켜, 액화 탄화수소 스트림을 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 냉각된 질소계 스트림은 제 1 근원으로부터 제공되는 제 1 액화 탄화수소 스트림 및 제 2 근원으로부터 제공되는 제 2 액화 탄화수소 스트림에 대해 냉각된 기상 질소계 스트림으로부터 획득되고, 상기 냉각 동안, 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림은 가스화되고, 상기 제 2 근원은 제 1 근원으로부터 지리적으로 분리된 위치에 있고, 상기 제 2 액화 탄화수소 스트림은 오로지 제 2 냉각된 질소계 스트림에 대한 냉각에 의해 액화되는 기상 탄화수소 스트림의 액화 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 제 1 및 제 2 냉각된 질소계 스트림은 액화된 질소계 스트림인 기상 탄화수소 스트림의 액화 방법.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 단계 (b) 에서 이용되는 제 1 냉각된 질소계 스트림의 질량이 제 2 탄화수소 스트림을 액화시키는데 이용된 제 2 냉각된 질소계 스트림의 질량 이하인 기상 탄화수소 스트림의 액화 방법.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 기상 탄화수소 스트림이 액화되어, 단계의 제 2 액화 탄화수소 스트림을 제공하는 기상 탄화수소 스트림의 액화 방법.
  17. 질소계 스트림을 냉각 및 재가온 (re-warming) 시키고, 탄화수소 스트림을 액화 및 재가스화시키는 순환 프로세스로서,
    (a) 제 1 수출 위치에서, 제 1 기상 탄화수소 스트림을 액화시켜, 제 1 액화 탄화수소 스트림을 생성하는 단계;
    (b) 상기 제 1 수출 위치로부터 지리적으로 분리된 제 2 수출 위치에서, 단계 (e) 의 수입 위치에서 생성된, 냉각된 질소계 스트림을 수입하는 단계;
    (c) 제 2 수출 위치에서, 오로지 냉각된 질소계 스트림에 대한 냉각에 의해 제 2 기상 탄화수소 스트림을 액화시켜, 제 2 액화 탄화수소 스트림을 생성하는 단계;
    (d) 수입 위치에서, 단계 (a) 의 제 1 수출 위치 및 단계 (c) 의 제 2 수출 위치에서 각각 생성된 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림을 수입하는 단계;
    (e) 수입 위치에서, 단계 (d) 에서 수입되는 제 1 및 제 2 액화 탄화수소 스트림에 대해 질소계 기상 스트림을 냉각시켜, 냉각된 질소계 스트림 및 가스화된 탄화수소 스트림을 생성하는 단계; 및
    (f) 냉각된 질소계 스트림을 제 2 수출 위치까지 운송하는 단계를 포함하는 순환 프로세스.
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