KR20130036345A - 향상된 액체 회수 및 생성물 적응성을 위해 통합형 ｎｇｌ을 갖춘 ｌｎｇ 설비 - Google Patents

향상된 액체 회수 및 생성물 적응성을 위해 통합형 ｎｇｌ을 갖춘 ｌｎｇ 설비 Download PDF

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웰던 엘. 랜스바거
종 주흐 첸
숀 에스. 황
롱 즈윈 이
제임 야오
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Abstract

본 발명은 예컨대 고위 발열량(HHV) 및/또는 프로판 함유량과 같은 가변 특성을 갖는 액화 천연 가스(LNG) 및/또는 천연 가솔린(NGL)을 생산하기 위해 통합형 중물질 제거/천연 가솔린 회수 장치를 갖춘 천연 가스 액화 시스템을 효율적으로 작동시키는 방법에 관한 것이다. 최종 LNG 및/또는 NGL 생성물은 2개 이상의 시장의 상당히 다른 사양들을 충족시킬 수 있다.

Description

향상된 액체 회수 및 생성물 적응성을 위해 통합형 ＮＧＬ을 갖춘 ＬＮＧ 설비 {LNG FACILITY WITH INTEGRATED NGL FOR ENHANCED LIQUID RECOVERY AND PRODUCT FLEXIBILITY}
본 발명은 전체적으로 천연 가스를 액화시키는 장치와 방법에 관한 것이다. 다른 태양에서는, 본 발명은 상당히 상이한 생성물 사양들을 충족시키는 LNG 생성물을 효과적으로 공급할 수 있는 향상된 액화 천연 가스(LNG) 설비에 관한 것이다.
천연 가스의 극저온 액화는 천연 가스를 통상 수송 및/또는 저장에 더 알맞은 형태로 전환하는 수단으로서 실시된다. 일반적으로, 천연 가스의 액화는 천연 가스의 체적을 약 600 폴드(fold) 만큼 감소시킴으로써, 대기압 근처에서 용이하게 저장 및 수송될 수 있는 액화 생성물 생성한다.
천연 가스는 종종 공급원으로부터 멀리 떨어진 시장까지 파이프라인으로 수송된다. 상당히 일정하고 높은 부하율(load factor) 하에서 파이프라인을 작동하는 것이 바람직하지만, 종종 파이프라인의 용량이나 이송능력이 수요를 초과하게 되고, 다른 때에는 수요가 파이프라인의 이송능력을 초과하게 된다. 수요가 공급을 초과하는 피크 또는 공급이 수요를 초과하는 피크를 줄이기 위해서는, 시장이 지시하는 대로 이송될 수 있도록 잉여 가스를 저장하는 것이 바람직하다. 이렇게 실시함으로써, 미래의 수요 피크를 저장소로부터의 재료와 부합시킬 수 있다. 이를 수행하기 위한 일 실시 수단은 저장을 위한 액화 상태로 가스를 변환시킨 후, 수요에 따라 액체를 기화시키는 것이다.
후보 시장으로부터 아주 멀리 떨어진 공급원으로부터 가스를 수송하고, 파이프라인이 가용하지 않거나 비실용적일 때 천연 가스의 액화가 더 중요하게 된다. 이러한 점은 특히 원양 항해선으로 수송해야만 하는 경우에 사실이 된다. 천연 가스를 가스 상태로 선박 수송하는 것은 가스의 비체적을 상당히 감소시키기 위해 상당한 여압이 필요하고 이러한 여압을 위해선 더 값비싼 저장 용기를 사용할 필요가 있기 때문에 일반적으로 실용적이지 않다.
상술한 바를 고려하면, 액체 상태의 천연 가스를 거의 대기압에서 저장 및 수송하는 것이 바람직하다. 액체 상태의 천연 가스를 저장 및 또는 수송하기 위해서는, 천연 가스는 액화 천연 가스(LNG)가 대기압 근처의 증기압을 갖는 -162℃ 내지 -151℃(-260℉ 내지 -240℉)로 냉각된다.
복수의 냉각 스테이지를 통해 상승된 압력에서 가스를 연속하여 진행시킴으로써 가스가 액화시킨 후, 가스를 액화 온도에 도달할 때까지 연속적으로 낮은 온도로 냉각시키는 천연 가스의 액화를 위한 다양한 시스템이 종래 기술에 존재한다. 일반적으로, 냉각은 프로판, 프로필렌, 에탄, 에틸렌, 메탄, 질소, 이산화탄소 또는 이들 냉매의 조합과 같은 하나 이상의 냉매와의 간접적 열 교환(예컨대, 혼합 냉매 시스템)으로 달성된다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에 특히 적용될 수 있는 액화 방법은, 가압된 LNG 함유 스트림이 플래시되고, 이렇게 급속이 증기로 전환된 증기는 냉각제로서 후속하여 사용되어, 재압축되고, 냉각되고, 처리된 천연 가스 피드 스트림과 결합되고, 액화됨으로써, 가압된 LNG 함유 스트림을 생성하는 최종 냉각 사이클을 위한 개방형 메탄 사이클을 사용한다.
종래에는, LNG 설비는 전세계의 특정 지역에 있는 단일 시장에 LNG를 공급하도록 설계되어 작동되었다. LNG에 대한 세계적인 수요에 따라, 단일 LNG 설비가 전세계의 다른 지역에 있는 많은 시장에 LNG를 공급할 수 있는 것이 바람직하다. 그러나, 천연 가스 사양들은 전세계적으로 매우 다르다. 통상, 이러한 천연 가스 사양은 고위 발열량(HHV), 웨버 지수(Wobbe index), 메탄 함유량, 에탄 함유량, C3 + 함유량 및 불활성 물질 함유량과 같은 기준들을 포함한다. 예컨대, 전세계의 여러 시장은 대략 950 내지 1160 BTU/SCF의 HHV를 갖는 LNG 생성물을 요구한다. 종래의 LNG 설비는 단일 시장의 임의의 세트의 사양을 충족시키도록 최적화되어 있다. 따라서, 상이한 시장의 비설계 사양을 충족시키는 LNG를 생산하려는 노력으로 LNG 설비의 작동 인자를 변경하는 것은 설비에 있어서 상당한 작동 비효율을 야기한다. 일반적으로, 비설계 사양의 LNG를 생산하는 것과 관련된 이러한 작동 비효율로 인해, 단일 LNG 설비를 사용하여 하나 이상의 시장의 요구를 충족시키는 것은 경제적으로 실행하기 어렵다.
본 발명의 일 실시예는 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 방법을 제공한다. 본 방법은 (a) LNG 설비를 제1 작동 모드로 작동시켜 제1 LNG 생성물을 생산하는 단계와, (b) LNG 설비가 제2 작동 모드로 작동되도록 LNG 설비의 적어도 하나의 비공급 작동 인자를 조정하는 단계와, (c) LNG 설비를 제2 작동 모드로 작동시켜 제2 LNG 생성물을 생산하는 단계를 포함한다. 제1 및 제2 작동 모드는 LNG 설비의 시동 또는 셧다운 중에 실행되지 않는다. 단계 (a)와 (c)는 제1 및 제2 천연 가솔린(NGL) 생성물을 각각 생산하는 단계를 선택적으로 포함한다. 제2 LNG 생성물의 평균 고위 발열량(HHV)은 제1 LNG 생성물의 평균 HHV와는 다른 15℃에서 적어도 약 373 kJ/㎥(10 BTU/SCF)이고 그리고/또는 제2 NGL 생성물의 평균 프로판 함유량은 제1 NGL 생성물의 평균 프로판 함유량과는 다른 적어도 약 1 몰 퍼센트이다.
본 발명의 다른 실시예는 LNG 설비로부터 생산된 LNG의 발열량을 변화시키는 방법을 제공한다. 본 방법은 (a) 간접적 열 교환으로 천연 가스를 냉각시켜 제1 냉각 스트림을 생산하는 단계와, (b) 제1 냉각 스트림의 적어도 일부분을 상대적으로 더 휘발성인 제1 부분과 상대적으로 덜 휘발성인 제1 부분으로 분리시키도록 제1 증류탑을 사용하는 단계와, (c) 상대적으로 더 휘발성인 제1 부분의 적어도 일부분을 냉각시켜 LNG를 생산하는 단계와, (d) 제1 증류탑의 적어도 하나의 작동 인자를 조정하여, 약 72시간보다 적은 기간에 걸쳐 적어도 약 1%만큼 생산된 LNG의 HHV를 변화시키는 단계를 포함한다.
본 명세서에 사용될 때, 대안들의 리스트를 기재할 때 "포함하는"이란 용어는 열거된 요소에 추가적인 요소가 존재할 수 있다는 것을 의미한다. "구성되는"이란 용어는 기재된 재료로 "구성되는"것으로 기재된 구성요소가 이들 요소만을 포함해야 하는 것을 의미한다.
본 명세서에 사용될 때, "주 구성요소로서 포함하는"이란 문구와 유사한 문구는 본 명세서에서 구체적으로 언급하지 않은 다른 단계들, 요소들 또는 재료들의 존재를 배제하는 것이 아니며, 이러한 단계들, 요소들 또는 재료들이 본 발명의 기본적이고 신규한 특성에 영향을 주지 않는 한, 이러한 문구는 사용된 요소들 및 재료들과 통상 관련된 혼합물을 배제하는 것도 아니다.
본 발명의 양호한 실시예는 첨부한 도면을 참조하여 이하에서 상세히 기술된다.
도1a는 LNG 설비의 임의의 부분이 도1b에 도시된 라인 A, B 및 C에 연결되어 있는 2개 이상의 다른 시장의 상당히 다른 사양들을 충족시키는 LNG를 생산하기 위한 캐스캐이드식 냉각 공정의 단순화된 흐름도이다.
도1b는 라인 A, B 및 C를 통해 도1a의 LNG 설비에 연결되는 통합형 중질물 제거/NGL 회수 시스템을 도시하는 흐름도이다.
도2a는 LNG 설비의 임의의 부분이 도2b에 도시된 라인 B, F, N, O 및 P에 연결되어 있는 2개 이상의 다른 시장의 상당히 다른 사양들을 충족시키는 LNG를 생산하기 위한 캐스캐이드식 냉각 공정의 단순화된 흐름도이다.
도2b는 라인 B, F, N, O 및 P를 통해 도2a의 LNG 설비에 연결되는 통합형 중질물 제거/NGL 회수 시스템을 도시하는 흐름도이다.
도3a는 LNG 설비의 임의의 부분이 도3b, 도3c, 도3d 및 도3e에 도시된 라인 D, J, B, F, E, L, K, M 및 G에 연결되어 있는 2개 이상의 다른 시장의 상당히 다른 사양들을 충족시키는 LNG를 생산하기 위한 캐스캐이드식 냉각 공정의 단순화된 흐름도이다.
도3b는 라인 D, J, B, F, E, L, K, M 및 G를 통해 도3a의 LNG 설비에 연결되는 통합형 중질물 제거/NGL 회수 시스템을 도시하는 흐름도이다.
도3c는 라인 D, J, B, F, E, L, K, M 및 G를 통해 도3a의 LNG 설비에 연결되는 통합형 중질물 제거/NGL 회수 시스템을 도시하는 흐름도이다.
도3d는 라인 D, J, B, F, E, L, K, M 및 G를 통해 도3a의 LNG 설비에 연결되는 통합형 중질물 제거/NGL 회수 시스템을 도시하는 흐름도이다.
도3e는 라인 D, J, B, F, E, L, K, M 및 G를 통해 도3a의 LNG 설비에 연결되는 통합형 중질물 제거/NGL 회수 시스템을 도시하는 흐름도이다.
도4a는 LNG 설비의 임의의 부분이 도4b에 도시된 라인 D, B, F, E, I 및 G에 연결되어 있는 2개 이상의 다른 시장의 상당히 다른 사양들을 충족시키는 LNG를 생산하기 위한 캐스캐이드식 냉각 공정의 단순화된 흐름도이다.
도4b는 라인 D, B, F, E, I 및 G를 통해 도4a의 LNG 설비에 연결되는 통합형 중질물 제거/NGL 회수 시스템을 도시하는 흐름도이다.
도5a는 LNG 설비의 임의의 부분이 도5b에 도시된 라인 D, B, F, E 및 G에 연결되어 있는 2개 이상의 다른 시장의 상당히 다른 사양들을 충족시키는 LNG를 생산하기 위한 캐스캐이드식 냉각 공정의 단순화된 흐름도이다.
도5b는 라인 D, B, F, E 및 G를 통해 도5a의 LNG 설비에 연결되는 통합형 중질물 제거/NGL 회수 시스템을 도시하는 흐름도이다.
도6a는 LNG 설비의 임의의 부분이 도6b에 도시된 라인 H, D, B, F, E, I 및 G에 연결되어 있는 2개 이상의 다른 시장의 상당히 다른 사양들을 충족시키는 LNG를 생산하기 위한 캐스캐이드식 냉각 공정의 단순화된 흐름도이다.
도6b는 라인 H, D, B, F, E, I 및 G를 통해 도6a의 LNG 설비에 연결되는 통합형 중질물 제거/NGL 회수 시스템을 도시하는 흐름도이다.
도7a는 LNG 설비의 임의의 부분이 도7b에 도시된 라인 H, D, B, F, E 및 G에 연결되어 있는 2개 이상의 다른 시장의 상당히 다른 사양들을 충족시키는 LNG를 생산하기 위한 캐스캐이드식 냉각 공정의 단순화된 흐름도이다.
도7b는 라인 H, D, B, F, E 및 G를 통해 도7a의 LNG 설비에 연결되는 통합형 중질물 제거/NGL 회수 시스템을 도시하는 흐름도이다.
본 발명은 천연 가스를 액화 온도까지 냉각시키는데 사용되어 액화 천연 가스(LNG)를 생산하는 공정/설비에 실시될 수 있다. LNG 공정은 천연 가스로부터 열을 추출하고 그 후 주변환경으로 열을 방출하도록 하나 이상의 냉매를 일반적으로 채용한다. 일 실시예에서, LNG 공정은 상이한 냉매 조성물을 각각 채용하는 복수의 다단계 냉각 사이클을 사용하는 캐스캐이드식 냉동 공정을 채용하여, 천연 가스 스트림을 점점 더 낮은 온도로 순차적으로 냉각시킨다. 다른 실시예에서, LNG 공정은 천연 가스 스트림을 냉각하도록 적어도 하나의 냉매 혼합물을 채용하는 혼합 냉매 공정이다.
천연 가스는 약 3400kPa 내지 약 20700kPa(약 500 내지 약 3,000 lb/in2(psia)), 약 3400kPa 내지 약 68000kPa 또는 4140 내지 5520kPa(약 500 내지 약 1,000psia 또는 600 내지 800psia) 범위의 상승된 압력에서의 LNG 공정으로 이송될 수 있다. 주로 대기 온도에 따라, LNG 공정으로 이송된 천연 가스의 온도는 약 -18˚C 내지 약 82˚C(약 0 내지 약 180˚F), 약 -7˚C 내지 약 66˚C 또는 약 16˚C 내지 52˚C(약 20 내지 약 150˚F 또는 60 내지 약 125˚F) 범위에 일반적으로 있을 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 팽창식 냉각에 의해 수반되는 캐스캐이드식 냉각을 채용하는 LNG 공정에 실시될 수 있다. 이러한 액화 공정에서, 각각 제1, 제2 및 제3 냉매를 채용하는 제1, 제2 및 제3 냉동 사이클을 통해 천연 가스 스트림을 순차적으로 통과시킴으로써 상승된 압력(예를 들어, 약 650psia)에서 수행될 수도 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 냉동 사이클은 폐쇄 냉동 사이클이고, 제3 냉동 사이클은 냉매의 공급원으로서 처리된 천연 가스의 일 부분을 이용하는 개방 냉동 사이클이다. 제3 냉동 사이클은 대기압 근방까지 그 압력을 감소시키고 처리된 천연 가스 스트림의 추가의 냉각을 제공하도록 다단계 팽창 사이클을 포함할 수 있다.
제1, 제2 및 제3 냉동 사이클의 순서에서, 가장 높은 끓는점을 갖는 냉매가 먼저 이용되고, 중간의 끓는점을 갖는 냉매가 다음으로 이용되고, 가장 낮은 끓는 점을 갖는 냉매가 마지막으로 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 냉매는 대기압에서 약 7, 3 또는 1.5˚C(약 20, 약 10 또는 5˚F)의 순수 프로판의 끓는점 내에 중간 끓는점을 갖는다. 제1 냉매는 주로 프로판, 프로필렌 또는 그 혼합물을 포함할 수 있다. 제1 냉매는 적어도 약 75 몰 퍼센트 프로판, 적어도 90 몰 퍼센트 프로판을 포함할 수 있고, 또는 필수적으로 프로판으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 냉매는 대기압에서 약 7, 3 또는 1.5˚C(약 20, 약 10 또는 5˚F)의 순수 에틸렌의 끓는점 내에 중간 끓는점을 갖는다. 제2 냉매는 주로 에탄, 에틸렌 또는 그 혼합물을 포함할 수 있다. 제2 냉매는 적어도 약 75 몰 퍼센트 에틸렌, 적어도 90 몰 퍼센트 에틸렌을 포함할 수 있고, 또는 필수적으로 에틸렌으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 제3 냉매는 대기압에서 약 7, 3 또는 1.5˚C(약 20, 약 10 또는 5˚F)의 순수 메탄의 끓는점 내에 중간 끓는점을 갖는다. 제3 냉매는 적어도 약 50 몰 퍼센트 메탄, 적어도 75 몰 퍼센트 메탄, 적어도 90 몰 퍼센트 메탄을 포함할 수 있고, 또는 필수적으로 메탄으로 구성될 수 있다. 제3 냉매의 적어도 약 50, 약 75 또는 95 몰 퍼센트는 처리된 천연 가스 스트림으로부터 비롯될 수 있다.
제1 냉동 사이클은 제1 냉매와의 간접적 열교환에 의해 복수의 냉각 단계/스텝(예를 들어, 2개 내지 4개의 냉각 단계)으로 천연 가스를 냉각할 수 있다. 냉동 사이클의 각각의 간접 냉각 단계는 분리식 열 교환기에서 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 코어 앤 케틀(core and kettle) 열 교환기가 제1 냉동 사이클의 간접적 열 교환을 용이하게 하도록 채용된다. 제1 냉동 사이클에서 냉각된 후, 천연 가스의 온도는 약 -43˚C 내지 약 -33˚C(약 -45 내지 약 -10˚F), 약 -40˚C 내지 약 -26˚C 또는 -29˚C 내지 -34˚C(약 -40 내지 약 -15˚F 또는 -20 내지 -30˚F) 범위에 있을 수 있다. 제1 냉동 사이클을 가로지르는 천연 가스 온도의 통상적인 감소는 약 10˚C 내지 약 99˚C(약 50 내지 약 210˚F), 약 24˚C 내지 약 82˚C 또는 38˚C 내지 60˚C(약 75 내지 약 180˚F 또는 100 내지 140˚F) 범위에 있을 수도 있다.
제2 냉동 사이클은 제2 냉매와의 간접적 열 교환에 의해 복수의 냉각 단계/스텝(예를 들어, 2개 내지 4개의 냉각 단계)으로 천연 가스를 냉각할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 냉동 사이클의 간접적 열교환 냉각 단계는 분리식, 코어 앤 케틀 열 교환기를 채용할 수 있다. 일반적으로, 제2 냉동 사이클을 가로지르는 온도 강하는 약 10˚C 내지 약 82˚C, 약 24˚C 내지 약 66˚C 또는 38˚C 내지 49˚C(약 50 내지 약 180˚F, 약 75 내지 약 150˚F 또는 100 내지 120˚F) 범위에 있을 수도 있다. 제2 냉동 사이클의 최종 단계에서, 처리된 천연 가스 스트림은 대부분, 양호하게 그 전체가 응축(즉, 액화)될 수 있고, 따라서 가압된 LNG 함유 스트림을 생성할 수 있다. 일반적으로, 이 위치에서의 처리 압력은 제1 냉동 사이클의 제1 단계로 공급되는 천연 가스의 압력보다 약간 낮을 뿐이다. 제2 냉동 사이클에서 냉각된 후, 천연 가스의 온도는 약 -132˚C 내지 약 57˚C(약 -205 내지 약 -70˚F), 약 -115˚C 내지 약 -71˚C 또는 -96˚C 내지 -87˚C(약 -175 내지 약 -95˚F 또는 -140 내지 -125˚F) 범위에 있을 수도 있다.
제3 냉동 사이클은 간접적 열교환 냉각 섹션 및 팽창식 냉각 섹션 양자 모두를 포함할 수 있다. 간접적 열교환을 용이하게 하도록, 제3 냉동 사이클은 적어도 하나의 납땜된 알루미늄판 핀 열 교환기를 채용할 수 있다. 제3 냉동 사이클의 간접적 열교환에 의해 제공되는 냉각의 총량은 약 -15˚C 내지 약 16˚C, 약 -14˚C 내지 약 10˚C 또는 약 12˚C 내지 약 4˚C(약 5 내지 약 60˚F, 약 7 내지 약 50˚F 또는 10 내지 40˚F)의 범위에 있을 수 있다.
제3 냉동 사이클의 팽창식 냉동 섹션은 대략 대기압까지의 순차적인 압력 감소를 통해 가압된 LNG 함유 스트림을 더 냉각시킬 수 있다. 이러한 팽창식 냉동은 LNG 함유 스트림을 플래시함으로써 달성되고, 따라서 2상 증기-액체 스트림을 생성한다. 제3 냉동 사이클이 개방 냉동 사이클일 때, 팽창된 2상 스트림은 증기-액체 분리 상태일 수 있고, 적어도 일 부분의 분리된 증기상(즉, 플래쉬 가스)은 처리된 처연 가스 스트림의 냉각을 돕는 제3 냉매로서 채용될 수 있다. 대기압 근방까지 가압된 LNG 함유 스트림의 팽창은 복수의 팽창 단계(즉, 2개 또는 4개의 팽창 단계)를 사용함으로써 달성될 수 있고, 각각의 팽창 단계는 팽창기를 사용하여 수행된다. 적절한 팽창기는 예를 들어, 줄 톰슨(Joul-Thomson) 팽창 밸브 또는 유압 팽창기를 포함한다. 일 실시예에서, 제3 냉동 사이클은 세 개의 순차적인 팽창 냉각 단계를 채용할 수 있고, 각각의 팽창 단계는 가스 액체 생성물의 분리에 의해 수반될 수 있다. 각각의 팽창식 냉각 단계는 약 -12˚C 내지 약 16˚C, 약 -9˚C 내지 10˚C 또는 약 -4 내지 2˚C(약 10 내지 약 60˚F, 약 15 내지 약 50˚F 또는 25 내지 35˚F)의 범위로 LNG 함유 스트림을 냉각할 수 있다. 제1 팽창 단계를 가로지르는 압력의 감소는 약 552kPa 내지 약 2kPa, 약 896 내지 약 1,724 또는 1,207 내지 1,344kPa(약 80 내지 약 300psia, 약 130 내지 약 250psia 또는 175 내지 195psia) 범위에 있을 수 있다. 제2 팽창 단계를 가로지르는 압력의 강하는 약 138kPa 내지 약 758kPa, 약 276 내지 약 621kPa 또는 379 내지 483kPa(약 20 내지 약 110psia, 약 40 내지 약 90psia 또는 55 내지 70psia) 범위에 있을 수 있다. 제3 팽창 단계는 약 34kPa 내지 약 345kPa, 약 69 내지 약 276kPa 또는 103 내지 207kPa(약 5 내지 약 50psia, 약 10 내지 약 40psia 또는 15 내지 30psia) 범위의 양만큼 LNG 함유 스트림의 압력을 또한 감소시킬 수 있다. 최종 팽창 단계로부터 얻어진 액체 부분은 최종 LNG 생성물이다. 일반적으로, 최종 LNG 생성물의 온도는 약 -129˚C 내지 약 -184˚C(약 -200 내지 약 -300˚F), 약 -143˚C 내지 약 -171˚C(약 -225 내지 약 -275˚F) 또는 약 -151˚C 내지 -162˚C(-240 내지 -260˚F) 범위에 있을 수 있다. 최종 LNG 생성물의 압력은 약 0 내지 약 276kPa(약 0 내지 약 40psia), 약 69 내지 약 138kPa(약 10 내지 약 20psia) 또는 86kPa 내지 121kPa(12.5 내지 17.5psia) 범위에 있을 수 있다
LNG 공정으로의 천연 가스 피드 스트림은 제2 냉동 사이클의 하나 이상의 냉각 단계에 C2 +가 풍부한 액체의 구성을 생성하도록 이러한 양의 C2 + 성분을 주로 포함한다. 일반적으로, 각각의 냉각 단계에서 천연 가스를 순차적으로 냉각하는 것은 C2 및 더 높은 분자량의 탄화수소를 가스로부터 가능한 많이 제거하도록 제어되고, 따라서 메탄이 우세한 증기 스트림과, 상당량의 에탄 및 더 중량의 구성물을 포함하는 액체 스트림을 생성한다. 이 액체는 냉각 단계의 전략적 위치 하류부에서 채용된 가스-액체 분리기를 통해 또한 처리될 수 있다. 일 실시예에서, 가스/액체 분리기의 일 목적은 하류부의 처리 기구가 어는 것을 피하기 위해 C5 + 재료의 배출을 최대화하는 것이다. 가스/액체 분리기는 최종 LNG 생성물의 특정 특성에 영향을 주는 천연 가스 생성물에 남아있는 C2 내지 C4 성분의 양을 변경하는데 또한 이용될 수도 있다. 가스-액체 분리기의 정확한 구성 및 작동은 천연 가스 피드 스트림의 C2 + 조성과, LNG 생성물의 소정의 BTU 함유량(즉, 발열량)과, 다른 적용을 위한 C2 + 성분의 값과 같은 다수의 파라미터와, LNG 플랜트 및 가스 플랜트 작업의 당업자들에 의해 고려되는 일상적인 다른 인자에 의존적일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서, LNG 공정은 LNG 설비 내에 천연 가스 액체(NGL) 통합을 포함할 수 있다. 이는 일 설비의 두 개의 기능을 통합함으로써 NGL 회수 및 LNG 생성물의 효율을 상당히 향상시킬 수도 있다. 또한, 본 발명은 LNG 생성물 스트림의 BTU 함유량(즉, 고위 발열량 값(HHV))의 신속한 경제적 변동을 허용하는 통합된 중질물(heavies) 제거/NGL 회수 시스템을 채용하여, 다양한 LNG 시장이 하나의 설비에 의해 서비스될 수 있게 한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서, LNG 설비는 상이한 사양을 충족하는 LNG 및/또는 NGL 생성물을 생성하도록 상이한 작업 모드로 작동되도록 제공될 수 있다. 예를 들어, LNG 설비는 낮은 BTU 함유량(예를 들어, 950-1060 BTU/SCF)을 갖는 LNG 생성물을 생성하는 로우(low) BTU 모드 또는 높은 BTU 함유량(예를 들어, 1070-1160 BTU/SCF)을 갖는 LNG 생성물을 생성하는 하이(high) BTU 모드에서 작동될 수 있다. LNG는 상이한 NGL 생성물을 생성하도록 상이한 작업 모드로 또한 작동될 수 있다. 예를 들어, LNG 설비는 낮은 프로판 함유량(예를 들어, 0 내지 20 몰 퍼센트)를 갖는 NGL 생성물을 생성하는 프로판 배출 모드 또는 높은 프로판 함유량(예를 들어, 40 내지 85 몰 퍼센트)를 갖는 NGL 생성물을 생성하는 프로판 회수 모드에서 작동될 수 있다.
LNG 설비의 다른 모드의 작동 동안에 생산된 LNG의 평균 고위 발열량(HHV)은 15℃(10 BTU/SCF)에서 적어도 약 370 kJ/㎥, 15℃(20 BTU/SCF)에서 적어도 약 740 kJ/㎥ 또는 15℃(50 BTU/SCF)에서 적어도 약 1860 kJ/㎥으로 서로 다를 수 있다. 또한, LNG 생성물의 평균 HHV는 다른 모드의 작동에서 적어도 약 1퍼센트, 적어도 약 3퍼센트 또는 적어도 약 5퍼센트로 변화될 수 있다. 일 실시예에서, 다른 모드의 작동 동안 생산된 NGL의 평균 프로판 용량(content)에서의 차이는 적어도 약 1 몰 퍼센트, 적어도 약 2 몰 퍼센트 또는 적어도 5 몰 퍼센트일 수 있다. 본 명세서에서 기술된 다른 모드의 작동은 정상 상태 모드의 작동이지, LNG 설비의 시동 또는 중지 동안의 작동이 아니다. 일 실시예에서, 다른 정상 상태 모드의 작동 각각은 적어도 1주, 적어도 2주 또는 적어도 4주(시동 또는 중지를 위해 일반적으로 요구되는 더 적은 기간과 대조적으로)의 기간에 걸쳐 실행된다.
종래의 LNG 플랜트에서 생산된 LNG의 HHV는 오랜 기간에 걸쳐서 공급 성분에서의 변화 및/또는 주변 조건에서의 변화를 일으키도록 약간 변화될 수도 있다. 그러나, 일 실시예에서, 본 발명은 LNG 생성물의 HHV 값 및/또는 NGL 생성물의 프로판 용량에서 비교적 크고 빠른 조정을 허용한다. LNG 생성물의 HHV 값 및/또는 NGL 생성물의 프로판 용량에서 비교적 크고 빠른 조정을 달성하기 위해서, LNG 설비는 1주 미만, 3일 미만, 1일 미만 또는 12시간 미만의 기간에 걸친 다른 모드의 작동들 사이에서 변화(transition)될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, LNG의 생산은 다른 모드의 작동들 사이에서의 변화 동안 중단되지 않는다. 오히려, LNG 설비는 설비의 중단을 요구하지 않고 하나의 정상 상태 작동으로부터 다른 정상 상태 작동으로 빠르게 변화될 수 있다.
제1 작동 모드로부터 제2 작동 모드로의 LNG 설비를 변화시키기 위해서, LNG 설비의 하나 이상의 작동 파라미터들이 조정될 수 있다. 다른 모드의 작동들 사이에서 LNG 설비를 변화시키도록 조정된 작동 파라미터는 LNG 설비의 비공급 작동 파라미터일 수 있다(즉, 모드의 작동들 사이의 변화는 LNG 설비에 대한 공급의 성분을 조정함에 의해 일어나지 않는다). 예를 들어, LNG 설비가 처리된 천연 가스를 상대적 휘발성 물질들에 기초한 다른 성분들로 분리하도록 증류 탑(distillation column)을 사용하는 중질물 제거(heavies removal)/NGL 회수 시스템을 포함할 때, 다른 모드의 작동들 사이에서 LNG 설비를 변화시키도록 조정된 작동 파라미터는 증류탑의 작동 파라미터일 수 있다. 이러한 증류탑 작동 파라미터들은, 예를 들어, 증류탑 공급 성분, 증류탑 공급 온도, 증류탑 오버헤드 압력, 환류 스트림(reflux stream) 유동율, 환류 스트림 성분, 환류 스트림 온도, 스트립핑(stripping) 가스 유동율, 스트리핑 가스 성분 및 스트리핑 가스 온도를 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, LNG 설비의 중질물 제거/NGL 회수 시스템은 2개의 증류탑 구성을 사용할 수 있다. 이러한 시스템은 제1 증류탑(예를 들어, 중질물 제거 탑) 및 제2 증류탑[예를 들어, 메탄 제거기(demethanizer), 에탄 제거기(deethanizer) 또는 디프로파니저(depropanizer)]을 포함할 수 있다. 무거운 액체들은 농축될 수 있고 중질물 제거 탑의 바닥으로부터 제거될 수 있으며, 이후에 제2 증류탑으로 송달될 수 있다. 제2 증류탑은 바닥 생성물을 안정시키고 더 가벼운 성분을 오버헤드로 보내도록 작동될 수 있어서, 결국에는 LNG 생성물이 된다. 일 실시예에 따르면, 증류탑은 양호하지 않은 가벼운 성분을 제거함으로써 바닥 스트림을 안정시킬 뿐만 아니라 양호한 LNG BTU 용량을 제공하도록 오버헤드 내의 충분히 무거운 재료만을 생산하는 방식으로 작동된다. 이러한 2개의 증류탑 구성에서, 증류탑들 중 하나 또는 양쪽의 하나 이상의 작동 파라미터는 다른 모드의 작동들 사이에서 LNG 설비를 변화시키도록 조정될 수 있다. 다른 모드의 작동들 사이에서 LNG 설비를 변화시키도록 조정될 수 있는 다양한 작동 파라미터는 도1 내지 도7을 참조하여 이하에서 상세하게 기술된다.
본 발명에 따라 작동될 수 있는 LNG 설비는 다양한 구성을 가질 수 있다. 도1 내지 도7에서 도시된 유동 개략도 및 장치들은 다른 특정화를 갖는 2개 이상의 시장들에 LNG 생성물을 효율적으로 공급할 수 있는 발명의 LNG 설비의 여러 개의 실시예가 나타낸다. 도1b, 도2b, 도3b, 도3c, 도3d, 도3e, 도4b, 도5b, 도6b 및 도7b는 발명의 LNG 설비의 통합형 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 다양한 실시예를 나타낸다. 당업자라면, 도1 내지 도7은 단지 개략적이고, 그러므로 성공적인 작동을 위한 상용의 플랜트 내에서 필요한 장비의 많은 항목들이 명료함을 위하여 삭제되었음을 인식할 것이다. 이러한 항목들은, 예를 들어, 압축기 제어, 유동 및 레벨 측정 및 대응 제어기, 온도 및 압력 제어, 펌프, 모터, 필터, 부가적인 열교환기 및 밸브 등을 포함할 수도 있다. 이들 항목들은 표분 엔지니어링 실무에 따라 제공된다.
도1a 내지 도7b의 이해를 돕기 위해서, 아래의 표1은 도1a 내지 도7b에서 나타낸 실시예를 위한 용기, 장비 및 도관들을 지시하도록 사용된 수치적 명명법의 요약을 제공한다.
도1a 내지 도7b - 수치적 명명법의 요약
참조# 항목(들) 적용 도면
1 - 99 용기 및 장비 도1a, 도2a, 도3a, 도4a, 도5a, 도6a, 도7a
100 - 199 주로 메탄을 함유하는 도관 도1a, 도2a, 도3a, 도4a, 도5a, 도6a, 도7a
200 - 299 주로 에탄을 함유하는 도관 도1a, 도2a, 도3a, 도4a, 도5a, 도6a, 도7a
300 - 399 주로 프로판을 함유하는 도관 도1a, 도2a, 도3a, 도4a, 도5a, 도6a, 도7a
400 - 499 용기, 장비 또는 도관 도1b
500 - 599 용기, 장비 또는 도관 도2b
600 - 699 용기, 장비 또는 도관 도3, 도3c, 도3d, 도3e
700 - 799 용기, 장비 또는 도관 도4b
800 - 899 용기, 장비 또는 도관 도5b
900 - 999 용기, 장비 또는 도관 도6b
1000 -1099 용기, 장비 또는 도관 도7b
도1a 내지 도7b에 도시된 발명의 LNG 설비는 팽창형 냉각과의 조합으로 캐스케이드형(cascade-type) 냉각을 이용하는 액화 온도로 천연 가스를 냉각한다. 캐스케이드형 냉각은 프로판 냉각 사이클, 다음으로 에틸렌 냉각 사이클, 다음으로 메탄 냉각 사이클인 3개의 기계적 냉각 사이클로 실시된다. 메탄 냉각 사이클은 팽창형 냉각부에 의해 뒤이은 열교환기 냉각부를 포함한다. 또한, 도1 내지 도7의 LNG 설비는 처리된 천연 가스로부터 무거운 탄화수소 성분을 제거하기 위한 프로판 냉각 사이클의 중질물 제거/NGL 회수 시스템 하류(downstream)를 포함한다.
도1a 및 도1b는 발명의 LNG 설비의 일 실시예를 도시한다. 도1a에서의 시스템은 아래에 상세하게 기술된 바와 같이 팽창식 냉각 섹션과 조합으로 2개의 기계적 냉각 단계를 거쳐 액화 온도로 천연 가스를 순차적으로 냉각할 수 있다. 도1b는 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 일 실시예를 도시한다. 라인 A, B 및 C는 도1b에서 도시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템이 도1a의 LNG 설비 내로 어떻게 통합되는지를 보여준다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, LNG 설비는 NGL 생성물(또한, "C3+ 회수"로서 본 명세서에 칭함)에서 프로판 및 중질물 성분 회수을 최대화하는 이러한 방식으로 작동될 수 있다.
도1a에서 도시된 바와 같이, 프로판 냉각 사이클의 주요 구성요소는 프로판 압축기(10), 프로판 냉각기(12), 고단계 프로판 칠러(chiller,14), 중간 단계 프로판 칠러(16) 및 저단계 프로판 냉동기(18)를 포함한다. 에틸렌 냉각 사이클의 주요 구성요소는 에틸렌 압축기(20), 에틸렌 냉각기(22), 고단계 에틸렌 냉동기(24), 중간 단계 에틸렌 냉동기(26), 저단계 에틸렌 냉동기/응축기(28) 및 에틸렌 이코노마이저(30)를 포함한다. 메탄 냉각 사이클의 간접적 열교환기의 주요 구성요소는 메탄 압축기(32), 메탄 냉각기(34), 주 메탄 이코노마이저(36) 및 제2 메탄 이코노마이저(38)를 포함한다. 메탄 냉각 사이클의 팽창식 냉각 섹션의 주요 구성요소는 고단계 메탄 팽창기(40), 고단계 메탄 플래시 드럼(42), 중간 단계 메탄 팽창기(44), 중간 단계 메탄 플래시 드럼(46), 저단계 메탄 팽창기(48) 및 저단계 메탄 플래시 드럼(50)을 포함한다.
도1a에 도시된 LNG 설비의 작동은 프로판 냉각 사이클을 시작으로 더욱 상세하게 이제 기술될 것이다. 프로판은, 예를 들어, 가스 터빈 구동기에 의해 구동된 다단계(예를 들어, 3단계) 프로판 압축기(10)에서 압축된다. 압축의 각각의 단계가 분리 유닛일 수도 있고 단일 구동기에 의해 구동되도록 기계적으로 결합된 유닛일 수도 있지만, 압축의 3단계는 단일 유닛에서 존재하는 것이 바람직하다. 압축시에, 프로판은 외부 유체(예를 들어, 공기 또는 물)를 갖는 간접 열교환기를 통해 냉각 및 액화되는 프로판 냉각기(12)로 도관(300)을 통해 지나간다. 프로판 냉각기(12)를 빠져나가는 액화 프로판 냉매의 대표적인 압력 및 온도는 약 38℃(100℉) 및 약 1310 kPa(약 190 psia)이다. 프로판 냉각기(12)로부터의 스트림은, 액화 프로판의 압력이 감소됨으로써 그 일부분을 증발시키거나 플래싱(flashing)하는, 팽창 밸브(56)로 도시된 압력 감소 수단으로 도관(302)을 통해 지나간다. 이어서, 생성되는 2상 생성물은 고단계 프로판 칠러(14) 내로 도관(304)을 통해 유동한다. 고단계 프로판 칠러(14)는, 도관(152) 내의 메탄 냉각 사이클 스트림, 도관(100) 내의 천연 가스 피드 스트림 및 간접 열교환기 수단(4, 6, 8) 각각을 통한 도관(202) 내의 에틸렌 냉각 사이클 스트림을 포함하는, 유입하는 가스 스트림을 냉각시킨다. 냉각된 메탄 냉매 가스는 도관(154)을 통해 고단계 프로판 칠러(14)를 빠져나가서, 차후의 섹션에서 더욱 상세하게 기술되는 주 메탄 이코노마이저(36)로 공급된다.
고단계 프로판 칠러(14)로부터의 냉각된 천연 가스 스트림은, 또한 메탄이 많은 스트림으로서 본 명세서에 언급되고, 기체 및 액체가 분리되는 분리 용기(58)로 도관(102)을 통해 유동한다. C3 + 성분이 많을 수 있는 액체는 도관(303)을 통해 제거된다. 증기 상태는 도관(104)를 통해 제거되어 스트림이 간접 열교환기 수단(64)으로 통해 냉각되는 중간 단계 프로판 칠러(16)로 공급된다. 이어서, 생성된 증기/액체 스트림은 간접 열교환기 수단(62)에 의해 냉각되는 도관(112)을 통해 저단계 프로판 칠러(18)로 송달된다. 이어서, 냉각된 메탄이 많은 스트림은 도관(114)을 통해 유동하고 차후의 섹션에서 또한 언급되는 고단계의 에틸렌 냉동기(24)로 진입한다.
고단계 프로판 칠러(14)로부터의 프로판 가스는 도관(306)을 통해 프로판 압축기(10)의 고단계 유입 포트로 복귀된다. 남아있는 액체 프로판은 도관(308)을 통해 본원에 팽창 밸브(72)로 도시된 감압 수단을 통과하며, 여기에서 액화 프로판의 추가분이 플래시 또는 소기된다. 그에 따른 냉각된 2상 스트림이 도관(310)에 의해 중간 단계 프로판 칠러(16)에 진입하고, 그에 의해 칠러(16)를 위한 냉각제를 제공한다. 프로판 냉각제의 증기 부분은 도관(312)을 통해 중간 단계 프로판 칠러(16)를 빠져나가서, 프로판 압축기(10)의 중간 단계 유입 포트에 공급된다. 액체 부분은 중간 단계 프로판 칠러(16)로부터 도관(314)을 통해 유동하여, 본원에 팽창 밸브(73)로 도시된 감압 수단을 통과하며, 여기에서 프로판 냉각제 스트림의 일부가 기화된다. 그에 따른 증기/액체 스트림은 도관(316)을 통해 저단계 프로판 칠러(18)에 진입하며, 그 안에서 냉각제로서 작용한다. 기화된 프로판 냉각제 스트림은 도관(318)을 통해 프로판 압축기의 저단계 프로판 칠러(18)를 빠져나가서, 프로판 압축기(10)의 저단계 유입 포트를 향하며, 여기에서 상술한 프로판 냉각 사이클을 통해 압축 및 재순환된다.
상술한 바와 같이, 도관(202) 내의 에틸렌 냉각제 스트림은 간접 열교환 수단(8)을 통해 고단계 프로판 칠러(14) 내에서 냉각된다. 냉각된 에틸렌 냉각제 스트림은 도관(204)을 통해 고단계 프로판 칠러(14)를 빠져나간다. 부분적으로 응축된 스트림은 중간 단계 프로판 칠러(16)로 진입하고, 그 안에서 간접 열교환 수단(66)에 의해 더욱 냉각된다. 2상 에틸렌 스트림은 도관(206)에 의해 저단계 프로판 칠러(18)를 향하게 되며, 그 안에서 스트림은 간접 열교환 수단(68)을 통해 전부 또는 거의 전부 응축된다. 에틸렌 냉각제 스트림은 도관(208)을 통해 분리 용기(70)에 공급되고, 그 안에서 증기 부분이(존재하는 경우) 도관(210)을 통해 제거된다. 액체 에틸렌 냉각제는 도관(212)에 의해 에틸렌 이코노마이저(30)에 공급된다. 공정 중의 이러한 위치에서 에틸렌 냉각제는 일반적으로 약 31℃(-24℉)의 온도 및 약 285 psi (1965 kPa)의 압력에 있다.
도1a에 도시된 에틸렌 냉각 사이클로 돌아가서, 도관(212) 내의 에틸렌은 에틸렌 이코노마이저(30)로 진입하고, 간접 열교환 수단(75)을 통해 냉각된다. 보조 냉각된 액체 에틸렌 스트림은 도관(214)을 통해 본원에 팽창 밸브(74)로 도시된 감압 수단을 향해 유동하고, 여기에서 스트림의 일부가 플래시된다. 냉각된 증기/액체 스트림은 도관(215)을 통해 고단계 에틸렌 칠러(24)에 진입한다. 도관(114)를 통해 저단계 프로판 칠러(18)를 빠져나가는 메탄 부화 스트림은 고단계 에틸렌 칠러(24)에 진입하며, 그 안에서 간접 열교환 수단(82)을 통해 더욱 응축된다. 냉각된 매탄 부화 스트림은 도관(116)을 통해 고단계 에틸렌 칠러(24)를 빠져나가며, 여기에서 스트림의 일부가 도관(B)을 통해 도1b의 공정의 중질물 제거/NGL 회수 시스템을 향한다. 도1b의 상세는 아래에서 논의될 것이다. 남아 있는 냉각된 메탄 부화 스트림은 중간 단계 에틸렌 칠러(26)로 진입한다.
에틸렌 냉각제 증기는 도관(216)을 통해 고단계 에틸렌 칠러(24)를 빠져나가, 에틸렌 이코노마이저(30)로 보내져 간접 열교환 수단(76)을 통해 가열되고, 이어서 도관(218)을 통해 에틸렌 압축기(20)의 고단계 유입 포트에 공급된다. 에틸렌 냉각제 스트림의 액체 부분은 도관(220)을 통해 고단계 에틸렌 칠러(24)를 빠져나가며, 에틸렌 이코노마이저(30)의 간접 열교환 수단(78) 내에서 더욱 냉각된다. 그에 따른 냉각된 에틸렌 스트림은 도관(222)을 통해 에틸렌 이코노마이저(30)를 빠져나가서, 본원에 팽창 밸브(80)로 도시된 감압 수단을 통과하며, 여기에서 에틸렌의 일부가 플래시된다.
고단계 에틸렌 칠러(24)와 유사한 방식으로, 2상 냉각제 스트림이 도관(224)을 통해 중간 단계 에틸렌 칠러(26)로 진입하여, 그 안에서 간접 열교환 수단(84)을 통해 유동하는 자연 가스 스트림을 위한 냉각제로 작용한다. 도관(A)을 통해 중간 단계 에틸렌 칠러(24)를 빠져나가는 냉각된 메탄 부화 스트림은 전부 또는 거의 전부 응축된다. 스트림은 이하에 논의되는 바와 같이 도1b의 공정의 중질물 제거/NGL 회수 시스템을 향한다.
에틸렌 냉각제 스트림의 증기 및 액체 부분은 각각 도관(226, 228)을 통해 중간 단계 에틸렌 칠러(26)를 빠져나간다. 도관(226) 내의 기상 스트림은 도관(238) 내의 에틸렌 증기 스트림과 화합된다. 화합된 에틸렌 냉각제 스트림은 도관(239)을 통해 에틸렌 이코노마이저(30)로 진입하며, 간접 열교환 수단(86)에 의해 가열되고, 도관(230)을 통해 에틸렌 압축기(20)의 저단계 유입 포트에 공급된다. 에틸렌 압축기(20)의 저단계로부터의 유출물은 인터 스테이지 쿨러(88)에 보내져 냉각되고, 에틸렌 압축기(20)의 고단계 포트로 복귀된다. 바람직하게는, 2개의 압축기 스테이지가 단일 모듈이지만, 이들은 각각 별개의 모듈일 수 있으며, 모듈들은 공통의 구동기에 기계적으로 결합될 수 있다. 압축된 에틸렌 생성물은 도관(236)을 통해 에틸렌 냉각기쿨러(22)로 유동하며, 그 안에서 외부 유체(예를 들어, 공기 또는 물)와의 간접적 열교환을 통해 냉각된다. 그에 따른 응축된 에틸렌 스트림은 상술한 바와 같이 추가의 냉각을 위해 도관(202)을 통해 고단계 프로판 칠러(14)에 도입된다.
도관(228) 내의 중간 단계 에틸렌 칠러(26)로부터의 에틸렌 냉각제 스트림의 액체 부분은 저단계 에틸렌 칠러/응축기(28)에 진입하여 간접 열교환 수단(90)을 통해 도관(120) 내의 메탄 부화 스트림을 냉각한다. 도관(120) 내의 스트림은 도관(C) 내의 공정의 중질물 제거/NGL 회수 시스템으로부터의 중질물이 고갈된(즉, 약간 탄화수소 부화의) 스트림과 도관(158) 내의 재순환된 메탄 냉각제 스트림의 화합물이다. 상술한 바와 같이, 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 상세는 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다. 저단계 에틸렌 칠러/응축기(28)로부터의 기화된 에틸렌 냉각제는 도관(238)을 통해 유동하여, 도관(226) 내의 중간 단계 에틸렌 칠러로부터의 에틸렌 증기와 만난다. 화합된 에틸렌 냉각제 증기 스트림은 상술한 바와 같이 에틸렌 이코노마이저(30) 내의 간접 열교환 수단(86)에 의해 가열된다. 도관(122)을 통해 에틸렌 냉각 사이클을 빠져나가는 가압된 LNG 함유 스트림은 약 -123℃ 내지 약 -46℃, 약 -115℃ 내지 약 -73℃, 또는 -101℃ 내지 -87℃(약 -200℉ 내지 약 -50℉, 약 -175℉ 내지 약 -100℉, 또는 -150℉ 내지 -125℉) 범위의 온도에 있을 수 있으며, 약 3450 kPa 내지약 4830 kPa 또는 3790 kPa 내지 5000 kPa(약 500 psia 내지 약 700 psia 또는 550 psia 내지 725 psia)의 압력에 있을 수 있다.
가압된 LNG 함유 스트림은 주 메탄 이코노마이저(36)로 보내지며, 그 안에서 간접 열교환 수단(92)에 의해 더욱 냉각된다. 스트림은 도관(124)을 통해 빠져나가서, 메탄 냉각 사이클의 팽창 냉각 섹션으로 진입한다. 액화 메탄 부화 스트림은 본원에 메탄 팽창기(40)로 도시된 감압 수단을 통과하며, 여기에서 스트림의 일부가 기화된다. 그에 따른 2상 생성물은 도관(163)을 통해 고단계 메탄 플래시 드럼(42)에 진입하며, 가스상과 액체상이 분리된다. 고단계 메탄 플래시 가스는 도관(155)을 통해 주 메탄 이코노마이저(36)로 이송되고, 그 안에서 간접 열교환 수단(93)을 통해 가열되고, 도관(168)을 통해 주 메탄 이코노마이저(36)를 빠져나가며, 메탄 압축기(32)의 고단계 유입 포트에 진입한다.
고단계 플래시 드럼(42)으로부터의 액체 생성물은 도관(166)을 통해 제2 메탄 이코노마이저(38)에 진입하며, 그 안에서 스트림은 간접 열교환 수단(39)을 통해 냉각된다. 그에 따른 냉각된 스트림은 도관(170)을 통해 본원에 중간 단계 메탄 팽창기(44)로 도시된 감압 수단으로 유동하며, 그 안에서 액화 메탄 스트림의 일부가 기화된다. 그에 따른 도관(172) 내의 2상 스트림은 중간 단계 메탄 플래시 드럼(46)에 진입하며, 그 안에서 액체상과 증기상이 분리되고, 각각 도관(176, 178)을 통해 빠져나간다. 증기 부분은 메탄 이코노마이저(38)로 들어가서, 간접 열교환 수단(41)에 의해 가열되고, 도관(188)을 통해 주 메탄 이코노마이저(36)에 진입한다. 스트림은 도관(190)을 통해 메탄 압축기(32)의 중간 단계 유입 포트 안으로 공급되기 전에 간접 열교환 수단(95)에 의해 더욱 가열된다.
중간 단계 메탄 플래시 드럼(46)의 바닥으로부터의 액체 생성물은 본원에 저단계 메탄 팽창기(48)로 도시된 감압 수단을 통해 도관(176)을 거쳐 보내짐에 따라 팽창 냉각 섹션의 최종 스테이지에 진입하며, 여기에서 액체 스트림의 일부가 기화된다. 냉각된 혼합상 생성물은 도관(186)을 통해 저단계 메탄 플래시 드럼(50)에 보내지고, 그 안에서 증기 부분과 액체 부분이 분리된다. 대략 대기압에 있는 LNG 생성물이 도관(198)을 통해 저단계 메탄 플래시 드럼(50)을 빠져나가고, 각각 LNG 저장 용기(99)에 의해 저장되도록 보내진다.
도1a에 도시된 바와 같이, 증기 스트림은 도관(196)을 통해 저단계 메탄 플래시 드럼(50)을 빠져나가서, 제2 메탄 이코노마이저(38)로 진입하고, 그 안에서 간접 열교환 수단(43)을 통해 가열된다. 스트림은 도관(180)을 통해 주 메탄 이코노마이저(36)로 이동하고, 그 안에서 간접 열교환 수단(97)에 의해 더욱 냉각된다. 증기는 도관(182)에 의해 메탄 압축기(32)의 중간 단계 유입 포트에 진입한다. 메탄 압축기(32)의 저단계로부터의 유출물은 인터 스테이지 냉각기(29)로 보내져서 냉각되고, 메탄 압축기(32)의 중간 단계 포트로 복귀한다. 유사하게, 중간 단계 메탄 증기가 인터 스테이지 냉각기(31)로 보내져서 냉각되고, 메탄 압축기(32)의 고단계 유입 포트로 복귀한다. 바람직하게는, 3개의 압축기 스테이지가 단일 모듈이지만, 이들은 각각 별개의 모듈일 수 있으며, 모듈들은 공통의 구동기에 기계적으로 결합될 수 있다. 그에 따른 압축된 메탄 생성물은 외부 유체(예를 들어, 공기 또는 물)와의 간접 열교환을 위해 도관(192)을 통해 메탄 냉각기(34)로 유동한다. 냉각기(34)의 생성물은 상술한 바와 같이 추가의 냉각을 위해 도관(152)을 통해 고단계 프로판 칠러(14)에 도입된다.
상술한 바와 같이, 도관(154) 내의 고단계 프로판 칠러(14)로부터의 메탄 냉각제 스트림은 주 메탄 이코노마이저(36)에 진입한다. 스트림은 간접 열교환 수단(98)을 통해 더욱 가열된다. 그에 따른 메탄 냉각제 스트림은 도관(158)을 통해 유동하며, 상술한 바와 같이 도관(120)을 통해 저단계 에틸렌 칠러/응축기(28)에 진입하기 전에 도관(C) 내의 헤비스 고갈 증기 스트림과 화합된다.
도1b는 본 발명의 LNG 설비의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 일 실시예를 도시한다. 도1b에 도시된 시스템의 주요 구성요소는 제1 증류탑(452), 제2 증류 탑(454) 및 이코노마이징 열교환기(402)를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 증류탑(452)은 메탄 제거기로서 작용하며, 제2 증류탑(454)은 에탄 제거기로서 작용한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 증류탑(452)으로의 환류 스트림은 주로 에탄으로 구성된다.
이제 도1b에 도시된 중질물(heavies) 제거/NGL 회수 시스템의 작동을 보다 상세히 설명한다. 도관(B) 내의 부분적으로 증발된 메탄 농후 스트림은 이코노마이징 열교환기(402)로 진입하고, 스트림은 간접 열교환 수단(404)을 경유하여 더 응축된다. 냉각된 스트림은 도관(453)을 경유하여 이코노마이징 열교환기(402)에서 배출되고 도관(A) 내의 스트림과 혼합된다. 그 후, 얻어진 스트림은 기체와 액체가 분리되는 제1 증류탑 공급 분리 용기(406)로 진입한다. 증기 성분들은 도관(455)를 경유하여 제거된 후, 터보 팽창기(408)로서 도시된 감압 수단을 통과하고, 얻어진 2상 스트림은 도관(456)을 경유하여 제1 증류탑(452)에 공급된다. 도관(458)을 경유하여 제1 증류탑 공급 분리 용기(406)에서 배출되는 액체는, 본 명세서에서 팽창 밸브(410)로서 도시된 스트림의 일부가 증발되는 감압 수단을 통과한다. 얻어진 기상/액상 스트림은 도관(460)을 경유하여 제1 증류탑(452) 내로 유입된다.
지배적인 메탄 과열 산물은 도관(462)을 경유하여 제1 증류탑(452)에서 배출되고, 바람직하게는 유동 제어 밸브인 감압 수단(412)을 통과하며, 도관(C)을 경유하여 액화 단계로 재진입한다.
도1b에 도시된 바와 같이, 측부 스트림은 제1 증류탑(452)으로부터 도관(464)을 경유하여 인출되고, 액체가 간접 열교환 수단(414)에 의해 가열(재비등)되는 이코노마이징 열교환기(402)로 경로 설정된다. 얻어진 부분적으로 증발된 스트림은 도관(466)을 경유하여 제1 증류탑(452)으로 전달되고, 이는 스트립핑 가스(stripping gas)로서 채용된다. 스트립핑 가스는 스트립핑 가스의 부재하에서 액체 산물 내에 통상 잔류하는 증류탑 내의 중질물 탄화수소 성분들의 일부에 에너지를 부과하여 증발시킨다. 스트립핑 가스는, 예를 들어 발열량과 같은 최종 LNG 생성물의 특성들을 방법적으로 조절하는 능력을 궁극적으로 이끄는 제1 증류탑(452) 내의 가벼운 성분과 무거운 성분의 분리를 더 정밀하게 제어하도록 한다.
도1b에 도시된 바와 같이, 제1 증류탑(452)으로부터의 저부 액체 산물은 도관(468)을 통하여 배출되고, 스트림의 일부가 증발되는 팽창 밸브(416)로서 도시된 감압 수단을 통과한다. 그 후, 팽창 밸브(416)로부터의 최종 2상 스트림은 도관(470)을 경유하여 제2 증류탑(454)에 공급된다. 스트림은 도관(472)을 경유하여 제2 증류탑(454)의 상부 탑 포트와 저부 탑 포트 사이의 포트로부터 인출되고, 외부 유체(예를 들면, 스트림 또는 다른 열전달 유체)와 간접 열교환함으로써 스트림이 부분적으로 증발(재비등)되는 가열기(418)로 경로 설정된다. 최종 증기 스트림은 도관(474)을 경유하여 스트립핑 가스와 함께 제2 증류탑(454)으로 복귀된다. 생성된 액체 스트림은 도관(476)을 경유하여 간접 열교환기(418)로부터 제거된 후, 도관(478) 내의 제2 증류탑(454)으로부터 액체 저부 생성물과 혼합된다. 혼합된 스트림은 회수된 NGL 생성물이고, 저장을 위해 경로 설정되거나 또는 도관(480)을 경유하여 더 처리된다.
제2 증류탑(454)의 상부 증류 생성물은, 바람직하게는 유동 제어 밸브인 감압 수단(420)을 통해 도관(482)을 경유하여 이코노마이징 열교환기(402)로 도관(483)을 경유하여 유동한다. 스트림은 간접 열교환 수단(422)을 경유하여 냉각되고 부분적으로 응축된다. 그 후, 이런 2상 스트림은 도관(486)을 경유하여 액체와 기체가 분리되는 제2 증류탑 환류(reflux) 분리 용기(424)를 통과한다. 액체 스트림은 도관(488)에 의해 제2 증류탑(454)으로 환류된다. 증기 스트림은 도관(490)을 통과하여 이코노마이징 열교환기(402) 내로 통과하고, 증기는 간접 열교환 수단(426)을 경유하여 냉각되고 부분적으로 응축된다. 스트림은 도관(492)을 경유하여 이코노마이징 열교환기(402)에서 배출되고, 냉각기(428)로 경로 설정되며, 간접 열교환기를 경유하여 더 냉각되고 응축, 바람직하게는 그 전체가 응축된다. 냉각기(428)는 외부 냉각기일 수 있거나, 또는 도1a에 도시된 칠러(chiller) 중 하나[예를 들면, 에틸렌 칠러(28)] 내의 경로일 수 있다. 생성된 응축된 스트림은 도관(494)을 경유하여 제1 증류탑 분리 용기(430)를 진입한 후, 도관(496)을 경유하여 환류 펌프(432)로 전달된다. 그 후, 서브 냉각된(sub-cooled) 액체 스트림은 제1 증류탑(452)으로 환류될 때 도관(498)을 경유하여 환류 펌프(432)로부터 배출된다.
일반적으로, 최종 LNG 생성물의 특성들은, 예를 들어 처리 용기의 온도 또는 압력, 또는 처리 용기와 관련된 스트림들의 온도, 압력, 유동 또는 성분과 같은 하나 이상의 핵심 처리 파라미터들을 조작함으로써 2 이상의 시장들의 다른 사양들을 충족하도록 변경될 수 있다. 이런 관련 스트림들은, 예를 들어 탑 환류 스트림, 탑 스트립핑 가스 스트림 및 탑 피드 스트림을 포함한다. 처리 변수들의 변경에 영향을 주기 위하여, 관련 처리 장비의 구성은 수정될 수 있다. 예를 들면, 소정 결과를 달성하기 위하여 이용되는 장비의 수, 배열, 작동 및/또는 유형이 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, LNG 생성물의 고위 발열량(HHV)은 도1b에 도시된 시스템의 하나 이상의 작동 파라미터들을 가변시킴으로써 조정될 수 있다. 예를 들면, 저위 발열량의 LNG를 산출하기 위하여, 증류탑(452 및/또는 454)의 작동 파라미터들을 다음과 같이 조정할 수 있다. (1) 제1 증류탑(452)으로의 피드 스트림(들)(456 및/또는 460) 내에 함유된 C2 + 성분의 양을 낮춤, (2) 제1 증류탑(454)으로의 피드 스트림들(456, 460)의 온도를 낮춤, (3) 제1 증류탑(452)으로의 환류 스트림(498)의 유량을 증가시킴, (4) 제1 증류탑(452)으로의 환류 스트림(498)의 온도를 낮춤, (5) 제1 증류탑(452)으로의 환류 스트림(498) 내에 함유된 C2+ 성분의 양을 증가시킴, (6) 제1 증류탑(452)으로의 스트립핑 가스 스트림(466)의 유량을 낮춤, (7) 제1 증류탑(452)으로의 스트립핑 가스 스트림(466)의 온도를 낮춤, (8) 제1 증류탑(452)의 오버헤드 압력을 증가시킴, (9) 제2 증류탑(454)으로의 피드 스트림(470) 내에 함유된 C3 + 성분의 양을 낮춤, (10) 제2 증류탑(454)으로의 피드 스트림(470)의 온도 낮춤, (11) 제2 증류탑(454)으로의 환류 스트림(488)의 유량을 증가시킴, (12) 제2 증류탑(454)으로의 환류 스트림(488)의 온도를 낮춤, (13) 제2 증류탑(454)으로의 재비등 스트림(474)의 유량을 낮춤, (14) 제2 증류탑(454)으로의 재비등 스트림(474)의 온도를 낮춤, 및 (15) 제2 증류탑(454)의 오버헤드 압력을 증가시킴.
상기한 항목들 (1) 내지 (15)의 조정에 영향을 주는 다수의 방법들이 있다. 예를 들면, 제1 증류탑(452)으로의 피드 스트림(들)(456 및/또는 460)에 함유된 C2 + 성분의 양은 추가적인 상류 분리 기술을 이용하여 조정될 수 있다. 예를 들면, 제1 증류탑(452)으로의 피드 스트림들(456, 460)의 온도는 열교환기(402) 또는 다른 상류 열교환기들 내의 유량을 조정함으로써 적어도 약 0.5℃ 또는 적어도 1.5℃(약 1°F 또는 적어도 31°F)로 낮출 수 있다. 예를 들면, 제1 증류탑(452)으로의 환류 스트림(498)의 유량은 열교환기(402)[경로(422)] 내의 제2 증류탑(454)의 오버헤드 스트림(149)의 냉각을 더 제공함으로써 증가될 수 있다. 예를 들면, 제1 증류탑(452)으로의 환류 스트림(498)의 온도는 열교환기(402)[경로(426)] 또는 열교환기(428) 내의 냉각을 더 제공함으로써 적어도 5°F까지 낮출 수 있다. 예를 들면, 제1 증류탑(452)으로의 환류 스트림(498) 내에 함유된 C2 + 성분의 양은 제2 증류탑(454)의 작동을 교번함으로써 적어도 10 몰 퍼센트까지 증가될 수 있다. 예를 들면, 제1 증류탑(452)으로의 스트립핑 가스 스트림(466)의 유량은 제어 밸브들(미도시)을 경유하여 낮출 수 있다. 예를 들면, 제1 증류탑(452)으로의 스트립핑 가스 스트림(466)의 온도는 열교환기(402)[경로(414)] 내에 가열을 덜 제공함으로써 적어도 5°F까지 낮출 수 있다. 예를 들면, 제1 증류탑의 오버헤드 압력은 밸브(412)를 경유하여 라인(462) 내의 오버헤드 유동을 제한함으로써 증가될 수 있다. 예를 들면, 제2 증류탑(454)으로의 피드 스트림(470) 내에 함유된 C3 + 성분의 양은 추가적인 분리 수단을 제공함으로써 또는 증류탑들(452 및 454) 사이에 메탄 농후 스트림을 혼합함으로써 낮출 수 있다. 예를 들면, 제2 증류탑(454)으로의 피드 스트림(470)의 온도는 도관(470) 내의 스트림에 추가적인 냉각을 제공함으로써 낮출 수 있다. 예를 들면, 제2 증류탑(454)으로의 환류 스트림(488)의 유량은 열교환기(402)[경로(422)] 내의 제2 증류탑(454)의 오버헤드 스트림(482)에 냉각을 더 제공함으로써 증가될 수 있다. 예를 들면, 제2 증류탑(454)으로의 환류 스트림(488)의 온도는 열교환기(402)[경로(422)] 내의 제2 증류탑(454)의 오버헤드 스트림에 냉각을 더 제공함으로써 낮출 수 있다. 예를 들면, 제2 증류탑(454)으로의 재비등 스트림(472)의 유량은 제2 증류탑(454)의 재비등기(reboiler) 내에서 일어나는 열전달의 양을 감소시킴으로써 낮출 수 있다. 예를 들면, 제2 증류탑(454)으로의 재비등 스트림(472)의 온도는 제2 증류 칼러(454)의 재비등기 내에서 일어나는 열전달의 양을 감소시킴으로써 낮출 수 있다. 예를 들면, 제2 증류탑(454)의 오버헤드 압력은 밸브(420)를 경유하여 라인(482) 내의 오버헤드 유동을 제한함으로써 증가될 수 있다.
도1a 및 도1b의 LNG 설비로부터의 LNG 생성물의 고위발열량이 상기한 작동들의 하나 이상의 역으로 수행됨으로써 증가될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
표2는 아래에 도1b로부터 선택된 스트림들의 다양한 특성들에 대한 넓은 그리고 좁은 범위의 요약을 제공한다.
도1b- 스트림 특성들
스트림 번호
 온도(°F) 압력(psia) C2 +(몰%)
넓은 범위 좁은 범위 넓은 범위 좁은 범위 넓은 범위 좁은 범위
456 -125 내지 -50 -115 내지 -65 300 내지 1,200 400 내지 800 2 내지 30 4 내지 15
460 -110 내지 -25 -80 내지 -40 300 내지 1,200 400 내지 800 5 내지 50 10 내지 40
466 -50 내지 100 0 내지 50 300 내지 1,200 400 내지 800 30 내지 90 50 내지 80
498 -180 내지 -80 -160 내지 -110 300 내지 1,200 400 내지 800 20 내지 80 40 내지 70
462 -140 내지 -60 -110 내지 -75 300 내지 1,200 400 내지 800 1 내지 25 2 내지 15
468 -50 내지 120 -10 내지 50 200 내지 1,000 300 내지 600 30 내지 90 50 내지 80
470 -60 내지 100 -20 내지 45 200 내지 1,000 300 내지 600 30 내지 90 50 내지 80
474 0 내지 200 30 내지 150 200 내지 1,000 300 내지 600 40 내지 99 75 내지 95
488 -75 내지 75 -25 내지 25 200 내지 1,000 300 내지 600 30 내지 95 40 내지 80
482 -50 내지 120 -10 내지 50 200 내지 1,000 300 내지 600 20 내지 80 40 내지 70
478 -100 내지 60 -60 내지 10 200 내지 1,000 300 내지 600 40 내지 99 75 내지 95
도2a 및 도2b는 매우 상이한 생성물 사양을 충족하는 LNG 생성물을 효율적으로 공급할 수 있는 본 발명의 LNG 설비의 또다른 실시예를 도시한다. 도2b는 본 발명의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 일 실시예를 도시한다. 라인 B, F, N, O 및 P는 도2a에 도시된 액화 섹션이 도2b에 도시된 LNG 설비의 중질물 제거/NGL 회수 시스템과 통합되는 방법을 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, LNG 설비는 NGL 생성물에서 C3 + 회수를 최대화하는 방식으로 구성되고 작동될 수 있다.
도2a에 도시된 액화 스테이지의 프로판 및 에틸렌 냉동 사이클의 주 구성요소는 도1a에서 앞서 나열된 것들과 동일하게 도면부호가 정해진다. 더욱이, 도2a의 메탄 냉동 사이클은 재순환 압축기(31)를 사용한다.
도2a에 도시된 LNG 설비의 작동은, 도1a에 대해 앞서 상세히 설명된 것과 다른 바와 같이, 이제 상세히 설명될 것이다. 도2a에서, 냉각된 메탄 농후 스트림은 도관(114)을 통해 저단계 프로판 칠러(18)로부터 방출된다. 이 후, 스트림은 고단계 에틸렌 칠러(24)로 진입하고, 이는 간접 열 교환 수단(82)에 의해 냉각된다. 얻어진 메탄 농후 스트림은 중간 단계 에틸렌 칠러(24)로부터 도관(B)을 통해 방출되고, 도2b에 도시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템으로 보내지며, 후속 섹션에서 상세히 설명되는 바와 같이 추가 공정을 수행한다.
이 후, 메탄 농후 스트림은 도2b의 아직 설명되지 않은 중질물 제거/NGL 회수 시스템으로부터 도관(F)을 통해 도2a의 중간 단계 에틸렌 칠러(26)로 진입한다. 이 후, 스트림은 간접 열 교환 수단(84)에 의해 중간 단계 에틸렌 칠러(26) 내에서 추가로 냉각된다. 서브 냉각된(sub-cooled) 액체 스트림은 중간 단계 에틸렌 칠러(26)로부터 방출되고, 도관(158)을 통해 주 메탄 이코노마이저(36)로부터 방출되는 액체 메탄 냉매와 조합한다. 조합된 스트림은 도관(120)을 통해 저단계 에틸렌 칠러/응축기(28)로 보내지며, 간접 열 교환 수단(90)에 의해 냉각된다. 메탄 농후 스트림을 냉각하는 것 이외에, 저단계 에틸렌 칠러(28)는 또한 도2b에서 도관(N)으로부터의 아직 논의되지 않은 스트림을 위한 간접 열 교환 수단(91)에 의해 응축기로서 작용을 한다. 도2a의 가압된 LNG 함유 스트림은 앞서 설명된 바와 같이 도관(122)을 통해 저단계 에틸렌 칠러/응축기(28)로부터 방출되며, 메탄 냉동 사이클의 간접 열 교환 및 팽창 냉각 스테이지를 통해 진행한다. 최종 단계 팽창으로부터의 얻어진 액체는 LNG 생성물이다.
도2a의 메탄 냉동 사이클에서, 아직 논의되지 않은 중량물 제거/NGL 회수 시스템으로부터의 스트림은 도관(P)을 통해 주 메탄 이코노마이저(36)로 진입하며, 스트림은 간접 열 교환 수단(81)에 의해 냉각된다. 이 후, 얻어진 스트림은 도관(191)을 통해 재순환 압축기(31)로 보내지며, 압축된 유출물(effluent)은 도관(193)을 통해 진행하고, 고단계 프로판 칠러(14)의 출구로부터의 도관(154) 내의 메탄 냉동 재순환 스트림과 조합한다. 이 후, 혼합 스트림은 주 메탄 이코노마이저(36)으로 진입하고, 간접 열 교환 수단(98)에 의해 냉각된다. 이 후, 스트림은 도관(158)을 통해 재순환되고, 전술된 바와 같이, 중간 단계 에틸렌 칠러(26)로부터 방출되는 메탄 농후 스트림과 결합한다. 이 후, 전체 스트림은 도관(120)을 통해 저단계 에틸렌 칠러/응축기(28)로 진입하고, 도1a에 대해 전술된 바와 같은 공정 단계를 통해 진행한다.
이제 도2b로 돌아가서, 본 발명의 LNG 설비의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 다른 실시예가 도시된다. 도2b의 시스템의 주 구성요소는 제1 증류탑(552), 제2 증류탑(554), 이코노마이징 열 교환기(502), 팽창기(expander)(504) 및 공급 서지 용기(feed surge vessel)(506)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 증류탑(552)은 메탄 제거기(demethanizer)로서 작동할 수 있고, 제2 증류탑(554)은 에탄 제거기(deethanizer)로서 작동할 수 있다. 본 발명의 LNG 설비의 일 실시예에서, 제1 증류탑(552)은 주로 에탄 스트림과 환류될 수 있다.
본 발명의 LNG 설비의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 작동이 이제 상세히 설명될 것이다. 고단계 에틸렌 칠러(24)로부터의 부분적으로 응축된 유출물은 전술된 바와 같이 도2a에서 도관(B)으로 유동하며, 이 후 도2b에서 공급 서지 용기(506)로 진입하며, 증기 및 액체가 분리된다. 증기 부분은 도관(520)을 통해 제1 증류탑 공급 팽창기(504)로 진입하며, 스트림의 일부가 응축된다. 냉각된 증기/액체 스트림은 제1 증류탑(552)의 저부에 인접한 도관(524)을 통해 공급된다. 도2b의 제1 증류탑(552)의 오버헤드 포트로부터의 증기 생성물은 전술된 바와 같이, 도관(F)을 통해 도2a의 중간 단계 에틸렌 칠러(26)의 입구로 보내진다. 그 결과, 지배적인 메탄 스트림은 냉각되고, 결국 최종 LNG 생성물이 될 것이다.
액체 스트림은 도관(522)을 통해 공급 서지 용기(506)로부터 방출되며, 이는 도관(526) 내에서 제1 증류탑(552)의 저면 포트로부터의 액체 생성물과 조합한다. 혼합 스트림은 도관(528)을 통해 이코노마이징 열 교환기(502)로 진행하며, 이는 간접 열 교환 수단(514)에 의해 가열된다. 얻어진 스트림은 도관(530)을 통해 제2 증류탑(554)으로 공급된다. 제2 증류탑(554)의 저면 포트로부터의 액체 생성물은 최종 NGL 생성물이다. 도2b에서, NGL 생성물은 도관(550)을 통해 추가 공정 또는 저장소로 보내진다.
스트림은 도관(540)을 통해 제2 증류탑(554)의 측부 포트로부터 견인된다. 스트림은 가열기(512)로 진입하고, 외부 유체(예컨대, 스트림 또는 열 전달 유체)와의 간접 열교환에 의해 가열(재비등)된다. 얻어진 증기는 도관(542)을 통해 제2 증류탑(554)으로 복귀되며, 이는 스트립핑(stripping) 가스로서 사용된다. 제2 증류탑(554)의 오버헤드 포트로부터의 증기 스트림은 도관(532)에 의해 이코노마이징 열 교환기(502)로 진행하며, 이는 간접 열 교환 수단(516)에 의해 부분적으로 응축된다. 얻어진 부분적으로 액화 스트림은 도관(534)을 통해 제2 증류탑 오버헤드 서지 용기(508)로 보내지며, 증기 및 액체가 분리된다.
증기 스트림은 도2b에서의 도관(P)을 통해 오버헤드 서지 용기(508)로부터 방출되며, 도2a에서의 주 메탄 이코노마이저(36)로 진입한다. 스트림은 전술된 바와 같이 냉각되고 압축되고 저단계 에틸렌 칠러(28)의 입구로 다시 재순환된다. 도2b에 도시된 바와 같이, 제2 증류탑 분리 용기(508)로부터의 액체는 도관(536)을 통해 환류 펌프(510)의 흡입부로 진입한다. 환류 펌프(510) 방출물의 일부는 도관(538)을 통해 제2 증류탑(554)로 보내진다. 스트림의 잔류부는 전술된 바와 같이, 도2b에서의 도관(N)을 통해 저단계 에틸렌 칠러(28)의 입구로 보내진다. 도2a에 도시된 바와 같이, 스트림의 일부는 저단계 에틸렌 칠러(28)로 진입하며, 이는 간접 열 교환 수단(91)에 의해 냉각된다. 냉각된 스트림은 도관(O)을 통해 저단계 에틸렌 칠러로부터 방출된다. 도관(O) 내의 스트림의 온도를 제어하기 위해, 도관(N) 내의 액체의 일부는 밸브(125)에 의해 제어됨에 따라 도관(121)을 통해 저단계 에틸렌 칠러를 우회할 수 있다. 예컨대, 도관(O) 내의 스트림의 온도를 저하시키기 위해, 밸브(125)는 도관(121)을 통과하는 유동을 감소시키도록 폐쇄될 수 있어, 이에 의해 더 많은 스트림이 저단계 에틸렌 칠러(28)에 의해 냉각되게 한다. 이 후, 도관(O) 내의 얻어진 스트림은 환류로서 제1 증류탑(552)으로 보내진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, LNG 생성물의 발열량은 도2b에 도시된 시스템의 1개 이상의 작동 파라미터를 변경함으로써 조정될 수 있다. 예컨대, 저위 발열량 LNG를 생성하기 위해, 증류탑(552 및/또는 554)의 작동 파라미터에 대해 하기의 조정 중 1개 이상이 이루어질 수 있다: (1) 제1 증류탑(552)으로의 피드 스트림(524)의 온도를 낮춤, (2) 제1 증류탑(552)으로의 환류 스트림(O)의 유량을 증가시킴, (3) 제1 증류탑(552)으로의 환류 스트림(0)의 온도를 낮춤, (4) 제1 증류탑(552)으로의 오버헤드 압력을 증가시킴, (5) 제2 증류탑(554)으로의 피드 스트림(530)의 온도를 낮춤, (6) 제2 증류탑(554)으로의 환류 스트림(538)의 유량을 증가시킴, (7) 제2 증류탑(554)으로의 환류 스트림(538)의 온도를 낮춤, (8) 제2 증류탑(554)으로의 스트립핑 가스(542)의 유량을 감소시킴, (9) 제2 증류탑(554)으로의 스트립핑 가스(542)의 온도를 낮춤, (10) 제2 증류탑(554)의 오버헤드 압력을 상승시킴.
도1b에 대해 상세히 전술된 바와 같이, 항목 (1) 내지 (10)의 조정을 실행하기 위하여, 증류 및 LNG 플랜트 작동에 대한 당해 기술분야의 숙련자에게 잘 알려져 있는 것들을 포함하는 다수의 방법이 존재한다. 예컨대, 본 실시예에서, 전술된 바와 같이, 제1 증류탑(552)으로의 환류 스트림(O)의 온도는 저단계 에틸렌 칠러/응축기(28)를 통과하는 보다 많은 유동이 냉각되게 하도록 밸브(125)를 폐쇄함으로써 낮출 수 있다.
도1a 및 도1b와 유사하게, 도2a 및 도2b의 LNG 설비로부터의 LNG 생성물의 발열량이 전술된 작동들 중 1개 이상의 작동을 역으로 수행함으로써 증가될 수 있다.
2개 이상의 시장의 매우 상이한 사양을 충족하기 위해 LNG 생성물을 효율적으로 공급할 수 있는 본 발명의 LNG 설비의 다른 실시예는 도3a에 도시된다. 도3b 내지 도3e는 본 발명의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 다수의 실시예를 나타낸다. 도3b는 환류 압축기를 사용하는 LNG 설비의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 일 실시예를 나타낸다. 도3c는 환류 펌프를 사용하는 본 발명의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 또 다른 실시예를 도시한다. 도3d는 증류탑 공급을 냉각하고 부분적으로 응축하기 위해 팽창기를 사용하는 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 다른 실시예를 도시한다. 도3e에 도시된 다른 실시예는 보다 무거운 탄화수소 성분(예로서, C4's, C5's)을 증류탑 환류로 합체함으로써 NGL 생성물 내의 C3 + 회수(98+%)을 최대화하도록 시도한다. 라인 D, J, B, F, E, L, K, M 및 G은 도3b 내지 도3e에 도시된 시스템이 어떻게 도3a의 LNG 설비에 통합되는지를 도시한다.
도3a에 도시된 본 발명의 LNG 설비의 액화 단계의 주 구성요소는 도1dp 대해 설명된 실시예에 대해 설명된 바와 동일하다. 도3a에 도시된 설비의 작동은 상기에서 상세히 설명된 도1a의 작동과 상이하므로, 이제 설명될 것이다.
부분적으로 기화된 메탄 농후 스트림은 도관(114)을 통해 저단계 프로판 칠러(18)로부터 방출되며, 도관(D)을 통해 도3b, 도3c, 도3d 또는 도3e에 도시된 LNG 설비의 중질물 제거/NGL 회수 시스템으로 보내진다. 본 발명의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 다수의 다른 실시예는 도3b 내지 도3e에 도시되며, 각각은 후속 섹션에서 상세히 논의될 것이다. 고단계 프로판 칠러(24)로 진입하기 전에, 도3b, 도3c, 도3d 또는 도3e로부터의 도관(J) 내의 중질물 제거/NGL 회수 시스템으로부터의 스트림은 도관(114) 내의 메탄 농후 스트림과 조합한다. 도3a에서, 조합된 스트림은 고단계 프로판 칠러(24)로 진입하며, 이는 간접 열 교환 수단(82)에 의해 추가로 냉각된다. 이 후, 얻어진 스트림은 도관(B)을 통해 도3b, 도3c, 도3d 또는 도3e에서의 중질물 제거/NGL 회수 시스템로 보내진다. 스트림은 이후에 상세히 설명될 바와 같이 추가 공정을 수행하며, 이 후 중간 단계 에틸렌 칠러(26)로 도관(F)을 통해 복귀되며, 이는 간접 열 교환 수단(84)에 의해 냉각된다. 얻어진 스트림은 중간 단계 에틸렌 칠러(26)로부터 방출되며, 이는 도1a에서의 설명된 바와 유사한 방식으로, 도관(158) 내의 메탄 냉동 사이클 스트림과 조합한다.
도3a에 따르면, 조합된 스트림은 도관(120)을 거쳐 저단계 에틸렌 칠러/응축기(28)로 흐르고, 저단계 에틸렌 칠러/응축기에서 조합된 스트림은 간접 열교환 수단(90)에 의해 냉각된다. 메탄-농후 스트림에 부가적으로, 도3a의 저단계 에틸렌 칠러도 도3b, 도3c, 도3d 또는 도3e에 도시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 도관(N)으로부터의 아직 설명되지 않은 스트림을 위한 응축기로서 작용한다. 최종 메탄 농후 스트림은 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 응축되고, 도3a의 저단계 에틸렌 칠러/응축기(28)를 벗어나며, 이때 이는 도관(M)내의 중질물 제거/NGL 회수 시스템으로부터의 스트림과 조합된다. 혼합 스트림은 주 메탄 이코노마이저(36)에 진입하고, 도1a에 관련하여 상세히 전술된 바와 같이, 메탄 냉동 사이클의 간접 열 교환 및 팽창 냉각 세그먼트를 통해 진행된다. 유사하게, 최종 팽창 스테이지의 액체 부분은 LNG 생성물이다.
도3a의 메탄 냉동 사이클에서, 아직 설명되지 않은 중질물 제거/NGL 회수 시스템으로부터의 도관(G)내의 부가적인 스트림은 메탄 압축기(32)의 고단계 입구 포트에 진입하기 이전에, 도관(168)내의 주 메탄 이코노마이저(36)로부터의 유출물과 조합된다. 최종 압축된 메탄 냉매 스트림은 도관(192)을 거쳐 메탄 냉각기(34)로 보내지고, 메탄 냉각기에서, 스트림은 외부 유체(예로서, 공기 또는 물)와의 간접 열교환에 의해 냉각된다. 고단계 프로판 칠러(14)에 진입하기 이전에, 메탄 냉매의 일부는 도관(E)을 거쳐 도3b, 도3c, 도3d 또는 도3e의 중질물 제거/NGL 회수 시스템으로 보내진다. 도3a의 메탄 냉매 스트림의 잔여부는 전술한 바와 같이, 도관(152)을 거쳐 고단계 프로판 칠러(14)에 보내진다.
이제, 도3b를 참조하여, LNG 설비의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 일 실시예를 설명한다. 도3b의 주 구성요소는 제1 증류탑(652)과, 제2 증류탑(654)과, 이코노마이징 열 교환기(602)와, 환류 압축기(608)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따라서, 제1 증류탑(652)은 주로 에탄으로 구성된 스트림과 환류될 수 있다.
이제, 도3b에 예시된 본 발명의 시스템의 동작을 보다 상세히 설명한다. 전술한 바와 같이, 도관(D, B)내의 스트림은 도3a에 예시된 액화 시스템에서 발생된다. 도관(D)은 도3a에 도시된 바와 같이, 저단계 프로판 칠러(18)를 벗어나는 부분적으로 응축된 메탄-농후 스트림의 일부를 포함한다. 도관(B)내의 스트림은 도3a에 도시된 고단계 에틸렌 칠러(24)의 냉각된 유출물을 나타낸다. 도3b에 도시된 바와 같이, 도관(B, D)내의 스트림은 제1 증류탑(652)에 공급되기 이전에 조합된다. 일 실시예에서, 도관(B)내의 스트림은 보다 차가우며, 도관(D)내의 스트림은 도관(626)내의 제1 증류탑으로의 공급물의 온도를 조절하기 위한 필요에 따라, 밸브(625)를 거쳐 증가될 수 있다. 도3b의 제1 증류탑(652)의 오버헤드 포트로부터의 증기 생성물은 도관(F)을 거쳐 배출되고, 전술한 바와 같이, 도3a의 중간 단계 에틸렌 칠러(26)에 진입하여, 궁극적으로 최종 LNG 생성물이 된다.
도관(628, 630)을 경유한 두 측방 스트림이 제1 증류탑(652)으로부터 흡인된다. 도관(628)내의 스트림은 이코노마이징 열 교환기(602)에 진입하고, 이코노마이징 열 교환기에서 이는 가열(재비등)되며, 간접 열 교환 수단(618)을 거쳐 적어도 부분적으로 기화된다. 도관(630)내의 측방 스트림은 응축기(620)내의 제2 증류탑(654)으로부터의 아직 설명되지 않은 오버헤드 증기 생성물을 위한 냉각제로서 작용한다. 적어도 부분적으로, 그리고, 바람직하게는 전체적으로 기화된 최종 스트림은 제1 증류탑(652)에 재진입하기 이전에 도관(636)내에서 재조합된다. 그후, 이들 주 기화된 스트림은 제1 증류탑(652)내의 스트립핑 가스로서 작용한다.
제1 증류탑(652)의 저면 포트로부터의 액체 생성물은 도관(638)을 거쳐 제2 증류탑(654)에 공급된다. 측방 스트림은 도관(666)을 거쳐 제2 증류탑(654)으로부터 흡인되고, 가열기(612)를 통과하며, 가열기에서 이 스트림은 외부 유체(예로서, 스트림 또는 기타 열 전달 유체)과의 간접 열교환에 의해 재비등(가열)된다. 스트림의 일부는 기화하고, 가열기(612)로부터 도관(668)을 거쳐 제2 증류탑(654)으로 보내지며, 제2 증류탑에서 이는 스트립핑 가스로서 사용된다. 잔여 액체는 열 교환기(612)로부터 도관(672)을 통해 흐르고, 도관(670)내에서 제2 증류탑(654)의 저면 포트로부터의 액체 생성물과 조합된다. 혼합 스트림은 최종 NGL 생성물이며, 이는 일 실시예에서, 주로 프로판 및 중질물 성분으로 구성된다. NGL 스트림은 도관(676)을 거쳐 추가 처리 및/또는 저장부로 보내진다.
제2 증류탑(654)의 오버헤드 포트로부터의 증기 생성물은 도관(640)을 거쳐 배출되고, 그후, 응축기(620)를 거쳐, 전술된 바와 같이, 도관(630)내의 제1 증류탑(652)으로부터의 측방 스트림과의 간접 열교환에 의해 응축된다. 냉각된, 적어도 부분적으로 응축된 최종 스트림은 도관(642)을 거쳐 제2 증류탑 분리 용기(604)로 흐르며, 제2 증류탑 분리 용기에서 증기 및 액체 페이즈가 분리된다. 액체 부분은 도관(662)을 거쳐 환류 펌프(606)의 흡입부로 흐른다. 그후, 스트림은 도관(664)내로 배출되고, 제1 증류탑(652) 환류 스트림으로서 사용된다.
증기 스트림은 도관(634)을 거쳐 제2 증류탑 분리 용기(604)를 벗어난다. 증기 스트림의 일 부분은 도관(644)에 의해, 다른 용도로, 또는, 연료로서 사용하기 위해 보내진다. 증기 생성물의 다른 부분은 전술된 바와 같이, 도관(G)을 거쳐 도3a의 메탄 압축기(32)의 고단계 입구 포트로 보내질 수 있다.
도3b에 따르면, 잔여 증기 생성물은 도관(646)을 거쳐 환류 압축기(608)의 입구 흡입 포트로 보내진다. 압축된 증기는 도관(648)을 거쳐 이동하고, 이코노마이징 열 교환기(602)에 진입하며, 이코노마이징 열 교환기에서 증기는 간접 열교환 수단(616)에 의해 냉각된다. 최종 스트림은 도관(K)을 거쳐 이코노마이징 열 교환기(602)를 벗어나며, 도3a의 저단계 에틸렌 칠러/응축기(28)에 진입하며, 저단계 에틸렌 칠러/응축기에서 증기는 간접 열교환 수단(91)에 의해 추가 냉각 및 응축된다. 부분적으로 응축된, 바람직하게는, 전체적으로 응축된, 스트림은 도관(L)을 거쳐 저단계 에틸렌 칠러(26)를 벗어나고, 환류로서 도6b의 제1 증류탑(652)으로 보내진다. 환류 스트림의 일부는 도관(M)을 거쳐 도3a의 도관(122)내의 가압된 LNG 함유 스트림과의 조합을 위해 보내진다. 전술한 바와 같이, 이 혼합 스트림은 결국 최종 LNG 생성물이 된다.
전술한 바와 같이, 고단계 프로판 칠러(14)로의 진입 이전에, 도관(152)내의 매탄 냉매 스트림의 일부는 도관(E)을 거쳐 도3b, 도3c, 도3d 또는 도3e의 중질물 제거/NGL 회수 시스템으로 보내진다. 도3b에서, 도관(E)내의 스트림은 이코노마이징 열 교환기(602)에 진입하고, 이코노마이징 열 교환기에서, 이는 간접 열 전달 수단(614)에 의해 냉각된다. 최종 스트림은 도관(J)을 거쳐 유동하고, 전술한 바와 같이, 도관(114)내의 저단계 프로판 칠러(18)의 유출물과 조합된다.
이제, 도3c를 참조하면, LNG 설비의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 다른 실시예가 예시되어 있다. 도3c의 시스템의 주 구성요소 및 동작은 도3b에서 설명된 것들과 동일하다. 그러나, 도3c에 도시된 실시예는 도3b에서 사용된 환류 압축기 대신 환류 펌프(609)를 사용한다. 도관(L)내의 냉각된 스트림은 도3a의 저단계 에틸렌 칠러를 벗어나고, 그후, 도3c의 환류 펌프(609)의 흡입부에 진입한다. 스트림은 도관(660)내로 배출되며, 이때, 일부는 전술한 바와 같이, 도관(M)을 거쳐 도3a의 도관(122)내의 가압된 LNG 함유 스트림으로 보내진다. 도3c에 따르면, 스트림의 잔여부는 도관(660)내에서 환류로서 제1 증류탑(652)으로 복귀한다.
이제, 도3d를 참조하면, LNG 설비의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 또 다른 실시예가 예시되어 있다. 도3d에 예시된 시스템의 주 구성요소는 도3b에서 설명된 것들과 동일하다. 그러나, 도3d는 제1 증류탑(652)에 대한 공급물을 위해 분리 용기(611) 및 팽창기(613)를 사용한다.
이제, 도3d에 관하여 설명된 시스템의 동작과 다른점에 대하여, 도3d에 예시된 시스템의 동작을 상세히 설명한다. 도3d에 따르면, 도관(B, D)내의 스트림은 도3a로부터 진입한다. 도3d에서, 도관(626)내의 스트림은 분리 용기(611)로 보내지고, 분리 용기(611)에서, 증기와 기체 부분이 분리되며, 각각 도관(660, 662)을 거쳐 배출된다. 그후, 액체 스트림은 직접적으로 제1 증류탑(652)에 공급된다. 분리 용기(611)로부터의 증기 부분은 팽창기(613)에 진입하고, 이때, 압력이 감소되며, 스트림의 일부가 응축된다. 그후, 최종 증기/액체 스트림은 도관(664)을 거쳐 제1 증류탑(652)에 공급된다. 프로세스의 잔여부는 도3b에 예시된 실시예에 따라 설명된 바와 유사한 방식으로 동작한다.
LNG 설비의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 또 다른 실시예가 도3e에 예시되어 있다. 도3e의 주 구성요소는 도3b에 예시된 실시예에 나열된 것들과 동일하다. 부가적으로, 도3e에 예시된 시스템은 도3b에 도시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템과 유사한 방식으로 동작될 수 있다. 그러나, 도3e는 NGL 생성물 내의 높은 프로판 회수를 달성하기 위해, 보다 무거운 탄화수소 성분(예로서, C4's, C5's)을 포함하는 부가적인 환류 스트림을 사용한다.
이제, 도3e에 예시된 시스템의 동작을 도3b와 다른 점에 대하여 상세히 설명한다. 도관(646)내의 제2 증류탑(654)으로부터의 증기는 재순환 압축기(608)에 의해 압축된다. 최종 스트림은 도관(648)을 거쳐 흐르고, 이때, 이는 도관(680)내의 보다 무거운 탄화수소 성분, 바람직하게는 C4's, C5's을 포함하는 부가적인 환류 스트림과 조합된다. 혼합 스트림은 이코노마이징 열 교환기(602)에 진입하고, 이코노마이징 열 교환기에서, 이는 간접 열 교환 수단(616)에 의해 냉각된다. 냉각된 스트림은 도관(K)을 경유하여 도3a의 저단계 에틸렌 칠러/응축기(28)로 이동한다. 도3a 및 도3b에서 전술된 바와 같이, 스트림은 제1 증류탑(652)에 환류로서 복귀되기 이전에 추가 냉각 및 응축된다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, LNG 생성물의 HHV는 도3b 내지 도3e에 예시된 시스템의 하나 이상의 동작 파라미터를 변경함으로써 조절될 수 있다. 예로서, 보다 저위 발열량의 LNG를 생성하기 위해, 증류탑(652 및/또는 654)의 동작 파라미터에 대해 하기의 조절 중 하나 이상이 이루어질 수 있다: (1) 제1 증류탑(652)으로의 피드 스트림(626)의 온도를 낮춤, (2) 제1 증류탑(652)으로의 환류 스트림(L)의 온도를 낮춤, (3) 제1 증류탑(652)으로의 스트립핑 가스(636)의 온도를 낮춤, (4) 제1 증류탑(652)으로의 환류 스트림(L)의 유량을 증가시킴, (5) 제2 증류탑(654)으로의 피드 스트림(638)의 온도를 낮춤, (6) 제2 증류탑(654)으로의 환류 스트림(664)의 온도를 낮춤, (7) 제2 증류탑(654)으로의 스트립핑 가스(668)의 온도를 낮춤, (8) 제2 증류탑(654)으로의 환류 스트림(664)의 유량을 증가시킴, (9) 도관(644)을 통해 연료에 대해 제2 증류탑(654)의 오버헤드 증기 스트림의 유량을 증가시킴. 도1b에 관하여 상세히 설명된 바와 같이, 항목 (1) 내지 (9)의 조절을 실행하기 위하여, LNG 설비 및 증류 기술에 대한 숙련자에게 잘 알려져 있는 것들을 포함하는 다수의 방법이 존재한다.
도1a 및 도1b와 유사하게, 도3a, 도3b, 도3c, 도3d 및 도3e의 LNG 설비로부터의 LNG 생성물의 발열량(heating value)이 하나 이상의 전술한 작업들을 거꾸로 수행함으로써 증가될 수 있음을 이해해야 할 것이다.
본 발명의 LNG 설비의 또 다른 실시예가 도4a에 도시되어 있다. 도4b는 LNG 설비의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 다른 실시예를 도시한다. 선들(D, B, F, E, I, G)은 도4b에 도시된 시스템이 어떻게 도4a에 도시된 본 발명의 LNG 설비 내로 통합되는지를 보여준다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, LNG 설비가 NGL 생성물 내의 C3 + 회수를 최대화시키는 방식으로 작동될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 설비는 NGL 생성물 내의 C5 + 회수를 최대화하도록 작동될 수 있다.
이제 도4a를 참조하면, 본 발명의 LNG 설비의 주요 구성품들은 도1a와 관련하여 앞에서 열거한 것들과 동일하다. 도1a를 참조하여 기술된 시스템과 상이한 도4a에 제공된 시스템의 작동을 이제 상세히 설명한다.
도4a에 따르면, 과메탄 스트림(methane-rich stream)이 도관(114)을 통해 저단계 프로판 칠러(18)에 존재하며, 또한 일부분이 도관(D)을 통해 도4b에 도시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템 쪽으로 돌게 된다. 도4b에 도시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 세부 사항은 이어지는 단락에서 상세히 논의될 것이다. 도4a에서의 잔류 과메탄 스트림은 고단계 에틸렌 냉동기(24)로 유입되어, 간접 열 교환 수단(82)에 의해 더욱 냉각된다. 결과로 얻은 스트림은 도관(B)을 통해 고단계 에틸렌 냉동기(24)에 존재하며 도4b에 도시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템으로 유동한다. 이후에 논의되겠지만, 부가적인 처리 후에, 과메탄 스트림이 도관(F)을 통해 도4a로 복귀되며 중간 단계 에틸렌 냉동기(26)로 유입되는데, 여기서 스트림은 간접 열 교환 수단(84)에 의해 냉각된다. 결과로 얻은 스트림은 후속적으로 도관(120)을 통해 저단계 에틸렌 냉동기/응축기(28) 쪽으로 유동하며, 간접 열 교환 수단(90)에 의해 냉각되며, 도관(122)을 통해 저단계 에틸렌 냉동기/응축기(28)를 빠져나간다. 그 다음, 가압된, 도관(122) 내의 LNG 함유 스트림은 도1a와 관련하여 앞에서 논의된 메탄 냉각 사이클의 간접 열 교환 및 팽창형 냉각 부분들을 통해 돌게 된다. 전술한 바와 같이, 팽창 냉각의 최종 단계 이후의 결과로 얻은 액체가 최종 LNG 생성물이다.
도4a의 메탄 냉각 사이클에서, 이제부터 논의될 도관(G) 내의 도4b에 도시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템으로부터의 스트림은 메탄 압축기(32)의 고단계 입구 포트 안쪽으로 주입되기 전에 도관(168)을 통해 주 메탄 이코노마이저(36)를 빠져나오는 도4a 내의 메탄 냉매 스트림과 합쳐진다. 압축된 메탄 냉매 스트림은 도관(192)을 통해 메탄 냉각기(34)로 돌게 되는데, 여기서 스트림은 외부 유체(예를 들어, 공기 또는 물)로 간접 열 교환에 의해 냉각된다. 그 다음, 도관(152)을 통해 메탄 냉각기(34)를 빠져나가는 스트림의 일부는 다른 처리를 위해 도관(E)을 통해 도4b 쪽으로 돌게 된다. 잔류 냉매가 고단계 프로판 칠러(14)에 유입되어, 전술한 바와 같이 간접 열 교환 수단(4)에 의해 더 냉각된다. 결과로 얻은 스트림은 도관(154)을 통해 유동하여 주 메탄 이코노마이저(36)로 유입되며, 메탄 냉매 스트림은 간접 열 교환 수단(98)에 의해 더욱 냉각된다. 결과로 얻은 스트림은 도관(158)을 통해 주 메탄 이코노마이저(36)를 빠져나가서 저단계 에틸렌 냉동기/응축기(28)로 유입된다. 이어서, 메탄 냉매 스트림은 냉각제로서 도1a에서 상세히 설명된 에틸렌 냉매를 사용하는 간접 열 교환 수단(91)에 의해 더욱 냉각된다. 결과로 얻은 도4a 내의 스트림은 도관(I)을 통해 저단계 에틸렌 냉동기/응축기(28)를 빠져나가며 도4b에 도시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템으로 돌게 된다.
이제 도4b를 참조하면, LNG 설비의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 도4b에 도시된 시스템의 주요 구성품들에는 제1 증류탑(752), 제2 증류탑(754) 및 이코노마이징 열 교환기(702)가 포함된다. 본 발명의 LNG 설비의 일 실시예에 따르면, 제1 증류탑(first distillation column)(752)이 메탄 제거기로서 작동될 수 있으며, 제2 증류탑(754)이 에탄 제거기로서 작동될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 증류탑(752)은 주로 메탄을 포함하는 스트림으로 환류된다.
이제, 도4b에 도시된 시스템의 작동이 더욱 상세하게 설명될 것이다. 전술한 바와 같이, 도4a에서 도관들(B, D)이 저단계 프로판 냉동기(18) 및 고단계 에틸렌 냉동기(24)를 각각 빠져나온다. 도4b에서, 도관들(B, D) 내의 스트림들이 제1 증류탑(752)으로 유입되기 전에 도관(726)을 통해 합쳐진다. 도2b에 따라 설명된 바와 같이, 스트림들(B, D)의 상대 유동이 밸브(725)를 통해 조절되어 도관(726) 내의 이송 스트림의 특정 온도에 영향을 준다. 제1 증류탑(752)의 오버헤드 포트로부터의 증기 생성물은 도관(F)을 통해 빠져나가며, 또한 도4a 내의 고단계 에틸렌 냉동기(24)의 입구 쪽으로 돌게 된다. 전술한 바와 같이, 도4a 내의 고단계 에틸렌 냉동기(24)를 빠져나가는 과메탄 스트림은 후속적으로 냉각되어 최종 LNG 생성물이 된다.
도4a에서 이미 언급한 바와 같이, 메탄 냉매 리사이클 스트림의 일부분은 도관(E)을 통해 도4b 쪽으로 돌게 된다. 스트림은 이코노마이징 열 교환기(702)로 유입되며, 여기서 스트림은 간접 열 교환 수단(716)에 의해 가열된다. 결과로 얻은 적어도 부분적으로 기화된 스트림은 도관(736)을 통해 제1 증류탑(752)으로 유입되는데, 여기서 가열된 증기는 스트립핑 가스(stripping gas)로서 사용된다.
또한 도4a에서 이미 언급한 바와 같이, 도관(158) 내의 메탄 냉매 리사이클 스트림은 저단계 에틸렌 냉동기/응축기(28) 안에서 간접 열 교환 수단(93)을 통해 냉각된다. 결과로 얻은 스트림은 도관(I)을 통해 저단계 에틸렌 냉동기/응축기(28)를 빠져나간다. 주로 메탄이 풍부한 이 냉각된 스트림은 도4b 쪽으로 돌게 되며, 여기서 이 스트림은 제1 증류탑(752)용 환류액(reflux)의 역할을 한다.
도4b에 따르면, 제1 증류탑(752)의 하부 포트로부터의 액체 생성물은 도관(788)을 통해 빠져나가며, 여기서 스트림은 도관들(730, 732) 안쪽으로 분기된다. 도관(732) 내의 스트림은 이코노마이징 열 교환기(702)로 유입되며, 여기서 스트림은 간접 열 교환 수단(718)에 의해 냉각된다. 결과로 얻은 냉각된 스트림은 도관(738)을 통해 이코노마이징 열 교환기(702)를 빠져나간다. 도관(738) 내의 스트림 중 일부는 응축기(720)를 우회하도록 밸브(743)를 거쳐 도관(744)을 통해 돌게 될 수 있다. 응축기(720) 둘레를 우회하는 도관(744)은 제2 증류탑 이송을 위하고/위하거나 오버헤드 증기 생성물 온도 제어를 위한 하나의 기구일 수 있다.
이제 도4b의 도관(730) 내의 제2 증류탑 하부 액체 생성물의 잔류 부분에 관하여 설명하면, 스트림은 이코노마이징 열 교환기(702)를 우회하며, 밸브(737)를 통해 통과하며, 도관(747) 내의 냉각된 스트림과 다시 합쳐진다. 혼합 스트림은 도관(740)을 통해 응축기(720)에 유입된다. 도관(740) 내의 스트림의 온도는 밸브(737)를 개방 또는 폐쇄시킴으로써 도관(730)을 통하는 유량을 조절하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 도관(740) 내의 스트림의 온도를 떨어뜨리기 위해, 밸브(737)를 더 폐쇄시켜서 이코노마이징 열 교환기(702)를 통하는 유동의 많은 부분이 냉각되게 할 수 있으며, 이에 따라 응축기(720)에 유입되는 혼합 스트림의 온도를 떨어뜨린다. 응축기(720)는 냉각제로서 스트림(740)을 사용함으로써 앞으로 논의될 스트림을 냉각시키는 간접 열 교환 수단의 역할을 한다. 냉각제는 도관(742)을 통해 응축기(720)를 빠져나간다. 그 후, 도관들(742, 744) 내의 스트림들은 합쳐지며, 도관(746) 내의 혼합 스트림이 제2 증류탑(754)으로 이송된다.
측방 스트림(side stream)이 도관(766)을 통해 제2 증류탑(754)으로부터 추출되어(drawn) 가열기(712)로 보내지는데, 여기서 스트림은 외부 유체(예를 들어, 스트림 또는 열 교환 유체)로 간접 열 교환을 통해 가열(재비등)된다. 스트림의 기화된 부분은 도관(768)을 통해 제2 증류탑(754) 쪽으로 복귀되는데, 여기서 이 부분은 스트립핑 가스로서 사용된다. 결과로 얻은 액체부는 도관(727)을 통해 제2 증류탑 재비등기(second distillation column reboiler)(712)를 빠져나가며, 또한 이 액체부는 도관(770) 내의 제2 증류탑(754)의 하부 포트로부터의 액체 생성물과 합쳐진다. 결과로 얻은 도관(776) 내의 혼합 스트림은 최종 NGL 생성물이다. 일 실시예에 따르면, NGL 생성물은 프로판 및 중질물 구성품이 풍부할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 증류탑(754)이 최종 NGL 생성물 내의 C5 + 구성품 회수를 최대화하는 방식으로 작동될 수 있다. NGL 생성물 내의 C5 + 구성품 회수를 최대화시킴으로써, 상대적으로 높은 HHV를 갖는 LNG 생성물이 생산될 수 있다.
제2 증류탑(754)의 오버헤드 포트로부터의 증기 생성물은 도관(778)을 통해 빠져나가는데, 여기서 스트림은 냉각되며 응축기(720)에 의해 적어도 부분적으로 응축된다. 결과로 얻은 스트림은 도관(780)을 통해 응축기(720)를 빠져나가서 제2 증류탑 분리 용기(704)에 유입되며, 여기서 증기 및 액체 상이 분리된다. 주로 에탄으로 구성되는 증기 부분은 도관(G)을 통해 도4a로 돌게 되며, 또 전술한 바와 같이 메탄 압축기의 고단계 입구 포트 안쪽으로 주입되기 전에 도관(168) 내의 스트림과 합쳐진다. 액체 상(liquid phase)은 도관(762)을 통해 제2 증류탑 분리 용기(704)를 빠져나가서 환류 펌프(706)의 흡입부에 유입된다. 액체는 도관(764)을 통해 제2 증류탑(754)으로 환류된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, LNG 생성물의 발열량은 도4b에 도시된 시스템의 하나 이상의 작동 파라미터를 변경함으로써 조절될 수 있다. 예를 들어, 저위 발열량의 LNG를 생산하기 위해서는, 증류탑들(752 및/또는 754)의 작동 파라미터에 대해 이하의 조절들이 이루어질 수 있다: 즉, (1) 제1 증류탑(752)의 이송 스트림(726)의 온도를 낮춘다; (2) 제1 증류탑(752)의 스트립핑 가스 스트림(736)의 유동을 낮춘다; (3) 제1 증류탑(752)에 대한 환류 스트림(I)의 유동을 증가시킨다; (4) 제2 증류탑(754)에 대한 환류 스트림(764)의 온도를 낮춘다; (5) 제2 증류탑(754)에 대한 스트립핑 가스 스트림(768)의 온도를 낮춘다. 도1b를 참조하여 전술한 바와 같이, 작업자들에게 공지된 것들을 포함하는 여러 방법들이 위 (1) 내지 (5)에 열거된 조절들을 작용시키기 위해 존재한다.
도1a 및 도1b와 유사하게, 도4a 및 도4b의 LNG 설비로부터의 LNG 생성물의 발열량이 하나 이상의 전술한 작업들을 거꾸로 수행함으로써 증가될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도5a는 2개 이상의 시장에서의 요구들을 만족시키도록 생성물 사양들과 상당히 다른 LNG 생성물을 효율적으로 공급할 수 있는 LNG 설비의 또 다른 실시예를 나타낸다. 도5b는 본 발명의 LNG 설비의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 또 다른 실시예를 도시한다. 선들(D, B, F, E, G)은 도5b에 도시된 시스템이 어떻게 도5a의 LNG 설비와 통합되는지를 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, LNG 설비는 NGL 생성물 내의 프로판 및 중질물 구성품의 회수를 최대화하는 방식으로 작동될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 설비는 NGL 생성물 내의 C5 + 회수를 최대화하도록 작동될 수 있다.
도5a 내의 시스템의 주 구성 요소는 도1a 내에 열거된 구성 요소와 동일하다. 도1a와 다른 도5a의 작동이 상세하게 설명될 것이다. 메탄 농후 스트림은 도관(114)을 거쳐 저단계 프로판 칠러(18)를 빠져나가고, 이때 도5b에 도시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템 내에서의 추가 처리를 위해 메탄 농후 스트림의 일부는 도관(D)을 거쳐 보내진다. 도5b에 도시된 시스템의 상세는 이후 설명될 것이다.
잔류 메탄 농후 스트림은 고단계 에틸렌 칠러(24)에 진입하여, 간접 열 교환 수단(82)을 거쳐 냉각된다. 최종 스트림은 도관(B)을 거쳐 도5b의 중질물 제거/NGL 회수 시스템으로 보내진다. 이후 논의될 추가의 처리 후, 메탄 농후 스트림은 도관(F)을 거쳐 도5a로 복귀하며, 중간 단계 에틸렌 칠러(26)에 진입하여 간접 열 교환 수단(84)을 거쳐 냉각된다. 최종 스트림은 도관(119)을 거쳐 유동하여 도관(158) 내의 메탄 냉각제 재생 스트림과 합류한다. 혼합 스트림은 도관(120)을 거쳐 저단계 에틸렌 칠러/응축기(28)로 유동하고, 간접 열 교환 수단(90)을 거쳐 추가로 냉각된다. 최종 가압된 LNG 함유 스트림은 도관(122)을 거쳐 저단계 에틸렌 칠러/응축기(28)를 빠져나가고 주 메탄 이코노마이저(36, economizer)로 보내진다. 그 후, 가압된 LNG 함유 스트림은 도1a를 참조하여 상술된 바와 같이 메탄 냉동 사이클의 간접 열 교환 및 팽창 냉각 단계를 통해 유동을 계속한다. 도1a와 유사하게, 최종 팽창 단계로부터의 혼합 액체가 도5a 내의 최종 LNG 생성물이다.
도5a 내에 도시된 메탄 냉동 사이클에서, 아직은 논의되지 않은 도관(G) 내의 스트림은 도5b에서 도시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템 내에서 발생되고 도5a로 진입하여, 메탄 압축기(32)의 고단계 입구 포트의 상류에서 도관(168) 내의 메탄 냉각제 스트림과 결합한다. 압축된 혼합 스트림은 도관(192)을 거쳐 메탄 냉각기(34)로 보내져서, 외부 유체(예컨대, 공기 또는 물)로 간접 열교환을 거쳐 냉각된다. 최종 스트림의 일부는 추가의 처리를 위해 도관(E)을 거쳐 도5b로 보내진다. 냉각제 스트림의 잔부는 도관(152)을 거쳐 고단계 프로판 칠러(18)로 유동하고 도1a를 참조하여 상술된 바와 같이 처리된다.
도5b를 참조하면, LNG 설비의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 다른 실시예가 도시된다. 도5b에 도시된 시스템의 주 구성 요소는 제1 증류탑(852), 제2 증류탑(854) 및 이코노마이징 열 교환기(802)를 포함한다. LNG 설비의 다른 실시예에 따르면, 제1 증류탑(852)은 디메타나이저(demethanizer)로 작동될 수 있으며, 제2 증류탑(854)은 디에타나이저(deethanizer)로 작동될 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 증류탑(852)은 디메타나이저로 작동될 수 있으며, 제2 증류탑(854)은 디부타나이저(debutanizer)로 작동될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 증류탑(852)은 환류하지 않는다.
도5b에 도시된 시스템의 작동은 도4b에 도시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템을 참조하여 설명된 작동과 유사하다. 하지만, 도5b 내의 제1 증류탑(852)은 환류 스트림 없이 작동할 수 있다. 도5b 내의 라인과 구성 요소는 도4b 내의 상응 라인보다 100 큰 값을 갖도록 도면부호가 분류된다. 문자로 구별된 라인(예컨대, B, D, E, F 및 G)은 도5b와 도4b에서 동일하다. 도5b의 상응하는 라인 및 구성 요소의 기능 및 작동은 도4b를 참조하여 상술된 것과 유사하다. 예컨대, 도5b의 제1 증류탑(852)에 대한 스트립핑 가스 스트립(836)의 기능 및 작동은 도4b 내의 제1 증류탑(752)에 대한 스트립핑 가스 스트림(736)의 기능 및 작동에 직접적으로 상응한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, LNG 생성물의 발열량은 도5b에 도시된 시스템의 하나 이상의 작동 파라미터를 변화시켜 조절될 수 있다. 예컨대, 저위 발열량의 LNG를 생산하기 위해, (1) 제1 증류탑(852)에 대한 피드 스트림(826)의 온도를 낮추고, (2) 제1 증류탑(852)에 대한 스트립핑 가스 스트림(836)의 유동을 낮추고, (3) 제1 증류탑(852)에 대한 환류 스트림의 유동을 증가시키고, (4) 제2 증류탑(854)에 대한 환류 스트림(864)의 온도를 낮추고, (5) 제2 증류탑(854)에 대한 스트립핑 가스 스트림(868)의 온도를 낮추는 조절 중 하나 이상이 증류탑 (852) 및/또는 (854)의 작동 파라미터로 이루어질 수 있다. 도1b를 참조하여 상술된 바와 같이, 본 기술 분야의 당업자에게 공지된 방법을 포함하는 몇 가지 방법이 상기 항목 (1) 내지 (5)에 열거된 조절에 영향을 미치도록 존재한다.
도1a 및 도1b와 유사하게, 도5a 및 도5b의 LNG 설비로부터의 LNG 생성물의 발열량은 상술된 작동 중 하나 이상을 역으로 수행하여 증가할 수 있다.
둘 이상의 상이한 시장의 수요를 만족시키는 상당히 다른 사항을 갖는 LNG 생성물을 공급할 수 있는 본 발명의 설비의 다른 실시예가 도6a에 도시된다. 도6b는 본 발명의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 다른 실시예를 도시한다. 라인(H, D, B, F, E, I 및 G)는 도6b에 도시된 시스템이 도6a의 LNG 설비와 합체되는 방법을 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, LNG 설비는 최종 NGL 생성물 내의 에탄 및 중질물 성분의 회수를 최대화하도록 작동될 수 있다.
도6a 내의 시스템의 주 구성 요소는 도1a에 열거된 것과 동일하다. 상술된 바와 같이 도1a의 시스템의 작동과 상이하기 때문에, 도6a의 작동은 상세하게 설명될 것이다. 메탄 농후 스트림은 도관(112)을 거쳐 중간 단계 프로판 칠러(16)를 빠져나가서, 도6b로부터의 도관(H) 내에 아직 논의되지 않은 스트림과 결합된다. 도6b에 도시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 작동은 간단하게 논의될 것이다. 혼합 스트림은 저단계 프로판 칠러(18)에 진입하여, 간접 열 교환 수단(64)을 거쳐 냉각된다. 최종 냉각된 스트림은 도관(114)을 거쳐 저단계 프로판 칠러(18)를 빠져나가, 일부가 이후 상세하게 설명되는 바와 같이 도6b에 도시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템에서의 추가적 처리를 위해 도관(D)을 거쳐 보내진다.
도6a의 잔류하는 메탄 농후 스트림은 고단계 에틸렌 칠러(24)에 진입하여, 간접 열 교환 수단(82)을 거쳐 추가로 냉각된다. 최종 스트림은 도관(B)을 거쳐 고단계 에틸렌 칠러(24)를 빠져나가 도6b의 중질물 제거/NGL 회수 시스템으로 유동한다. 이후 논의될 추가의 처리 후, 메탄 농후 스트림은 도관(F)을 거쳐 도6b로 복귀하고 중간 단계 에틸렌 칠러(26)에 진입하여, 간접 열 교환 수단(84)을 거쳐 추가로 냉각된다. 그 결과, 최종 스트림은 도관(120)을 거쳐 저단계 에틸렌 칠러/응축기(28)로 유동되고, 간접 열 교환 수단(90)을 거쳐 냉각되어, 도관(122)을 거쳐 저단계 에틸렌 칠러/응축기(28)를 빠져나간다. 그 후, 도관(122) 내의 가압된 LNG 함유 스트림은 도1a와 관련하여 상술된 바와 같이 메탄 냉동 사이클의 간접 열 교환 및 팽창형 냉각부를 통해 보내진다. 상술된 바와 같이, 팽창 냉각의 최종 단계 후 생성된 액체가 최종 LNG 생성물이다.
도6a의 메탄 냉동 사이클에서, 도관(G) 내의, 도6b에 예시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템으로부터의, 아직 설명되지 않은 스트림은 메탄 압축기(32)의 고단계 입구 포트 내로 분사되기 이전에, 주 메탄 이코노마이저(36)를 벗어나는 도6a의 도관(168) 내의 메탄 냉매 스트림과 조합된다. 압축된 메탄 냉매 스트림은 도관(192)을 경유하여 메탄 냉각기(34)로 보내지고, 메탄 냉각기에서 이 스트림은 외부 유체(예로서, 공기 또는 물)와의 간접 열 교환을 통해 냉각된다. 최종 스트림은 메탄 냉각기(34)를 벗어나며, 이때, 재생된 메탄 냉매 스트림의 일부는 추가 처리를 위해 도관(E)을 거쳐 도6b로 보내진다. 도6a의 도관(152) 내의 잔여 메탄 냉매 스트림은 고단계 프로판 칠러(18)에 진입하고, 고단계 프로판 칠러(18)에서 이는 전술한 바와 같이, 간접 열 교환 수단(4)에 의해 추가 냉각된다. 그 후, 최종 스트림은 도관(154)을 통해 흐르고, 주 메탄 이코노마이저(36)에 진입하며, 주 메탄 이코노마이저에서 메탄 냉매 스트림은 간접 열 교환 수단(98)을 통해 추가 냉각된다. 최종 스트림은 도관(158)을 거쳐 주 메탄 이코노마이저(36)를 벗어나고, 저단계 에틸렌 칠러/응축기(28)에 진입한다. 후속하여, 메탄 냉매 스트림은 간접 열 교환 수단(91)을 통해 추가 냉각되며, 이는 도1a에 상세히 설명된 에틸렌 냉매를 냉각제로서 사용한다. 도6a의 최종 스트림은 도관(I)을 거쳐 저단계 에틸렌 칠러/응축기(28)를 벗어나며, 도6b에 예시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템으로 보내진다.
이제, 도6b를 참조하면, LNG 설비의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도6b에 예시된 시스템의 주 구성요소는 제1 증류탑(952), 제2 증류탑(954), 주 이코노마이징 열 교환기(904), 제1 증류탑 이코노마이징 열 교환기(902), 중간 단계 분리기 열 교환기(906) 및 중간 단계 플래시 드럼(956)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 제1 증류탑(952)은 디메타나이저(demethanizer)로서 작동할 수 있으며, 제2 증류탑(954)은 디에타나이저(deethanizer)로서 작동될 수 있다. 일 실시예에 따라서, 제1 증류탑(952)은 주로 메탄으로 구성된 스트림에 의해 환류된다.
이제, 도6b에 예시된 시스템의 작동을 제1 증류탑(952)에서 시작하여 상세히 설명한다. 도6a에 관하여 전술한 바와 같이, 도관(B, D) 내의 스트림은 각각 저단계 프로판 칠러(18) 및 고단계 에틸렌 칠러(24)의 출구로부터 진입한다. 도6b에 따라서, 두 개의 스트림은 제1 증류탑(952)에 진입하기 이전에 도관(926) 내에서 조합된다. 제1 증류탑 공급부(926)에 대한 원하는 온도를 유지하기 위해, 비교적 따뜻한 스트림(D)의 유동이 밸브(925)를 통해 제어된다. 제1 증류탑(952)의 오버헤드 포트로부터의 도6b의 증기 생성물은 도관(F)을 통해 배출되고, 도6a에서 전술한 바와 같이, 중간 단계 에틸렌 칠러(26)에 진입한다. 이 스트림은 최종적으로 최종 LNG 생성물이 된다.
도6a의 메탄 재생 스트림의 일부는 도관(E)을 거쳐 도6b로 진행한다. 그런 후에, 도관(E)의 스트림은 몇개의 도관으로 나누어진다. 도관(E)에서 스트림의 한 부분은 도관(928)을 통해 유동하고, 그런 다음 스트림의 추가 부분이 도관(936)에 의해 주 이코노마이징 열 교환기(904)로 진행하며, 스트림은 간접 열 교환기 수단(963)을 통해 가열되고 적어도 부분적으로 증발된다. 혼합 스트림은 도관(938)을 거쳐 주 이코노마이징 열 교환기(904)를 빠져 나와서, 후술될 도관(934)의 스트림과 합쳐진다. 도관(928)을 다시 살펴 보면, 스트림의 나머지 부분은 중간 단계 분리기 이코노마이징 열 교환기(906)로 들어가고, 스트림은 간접 열 교환 수단(930)을 통해 냉각된다. 생성된 냉각 스트림은 도관(H)을 거쳐 빠져나가서, 전술된 바와 같이 도6a의 저단계 프로판 냉동기(18)의 입구로 진행한다. 도6b에서, 도관(E)의 나머지 스트림은 제1 증류탑 이코노마이징 열 교환기(902)로 들어가고, 스트림은 간접 열 교환기 수단(916)을 통해 가열(재비등)된다. 생선된 적어도 부분적으로 증발된 스트림은 도관(934)을 거쳐 제1 증류탑 이코노마이징 열 교환기(902)를 빠져나가고, 전술된 바와 같이 도관(938)에서 가열된 스트림과 합쳐진다. 혼합 스트림은 도관(940)을 거쳐 제1 증류탑(952)으로 유동하며, 박리 가스로 이용된다. 도관(I)의 스트림은 전술된 바와 같이 도6a에서 중간 단계 에틸렌 냉동기(26)의 출구로부터 진입한다. 도4b에 따르면, 이러한 첫번째 메탄 스트림은 도6b의 제1 증류탑(952)으로 환류되어 되돌아간다.
제1 증류탑(952)으로부터의 액체 생성물은 도관(942)을 거쳐 빠져나간다. 그런 다음, 스트림의 일부는 도관(944)을 거쳐 중간 단계 분리기(956)로 진행되며, 기상과 액상으로 분리된다. 기상은 도관(946)을 거쳐 빠져나가고 중간 단계 분리기 이코노마이징 열 교환기(906)로 진행하며, 스트림은 간접 열 교환 수단(932)을 통해 데워진다. 생성된 스트림은 중간 단계 분리기 이코노마이징 열 교환기(906)를 빠져나가 도관(G)을 거쳐 전술된 바와 같이 도6a의 메탄 압축기(32)의 고단계 입구 포트로 진행한다.
도6b에 따르면, 액체 스트림은 도관(948)을 거쳐 중간 단계 분리 용기(956)를 빠져나가서 후술될 도관(974)의 스트림과 합쳐진다. 2측의 스트림이 중간 단계 플래쉬 드럼(956, flash drum)으로부터 제거된다. 일 측방 스트림은 도관(950)을 거쳐 중간 분리 용기(956)로부터 배출된다. 상기 일 측방 스트림은 주 이코노마이징 열 교환기(904)로 유동하며, 간접 열 교환기 수단(962)을 통해 가열(재비등)된다. 생성된 스트림은 후술될 도관(964)의 스트림에서 합쳐지며, 도관(960)을 거쳐 중간 단계 분리 용기(956)로 되돌아간다. 다른 측 스트림은 중간 분리 용기(956)로부터 배출되어 도관(966)을 거쳐 주 이코노마이징 열 교환기(904)로 진행한다. 그런 다음, 스트림은 간접 열 교환기 수단(970)을 통해 가열되어 적어도 부분적으로 증발된다. 생성된 스트림은 도관(972)을 거쳐 주 이코노마이징 열 교환기(904)를 빠져나와서 중간 단계 분리 용기(956)로 되돌아간다.
도관(942)의 제1 증류탑(952)으로부터 바닥 액체 생성물의 나머지 부분을 살펴 보면, 스트림은 제1 증류탑 이코노마이징 열 교환기(902)로 들어가고, 간접 열 교환 수단(918)을 통해 냉각된다. 생성된 냉각 액체는 도관(976)을 거쳐 응축기(920)로 이동하며, 도관(976)의 스트림은 후술될 도관(978)의 스트림에 대해서 냉각제 역할을 한다. 응축기(920)를 빠져 나간 후에, 도관(968)의 생성된 가열된 스트림은 두 개의 스트림, 즉 도관(964)의 스트림과 도관(974)의 스트림으로 나누어진다. 도관(964)의 스트림 일부는 전술된 바와 같이 중간 단계 분리 용기(956)로 들어가기 전에 도관(960)에서 주 이코노마이징 열 교환기(904)를 빠져 나오는 스트림과 합쳐진다. 도관(974)에서 가열된 스트림의 일부는 도관(948)을 거쳐 중간 분리 용기(956)를 빠져 나오는 액상과 합쳐진다. 생성된 혼합 스트림은 도관(980)을 거쳐 제2 증류탑(954)으로 들어간다.
제2 증류탑(954)의 상부로부터의 증기 생성물은 도관(978)을 통해 빠져나가 응축기(920)로 들어가며, 스트림은 전술된 바와 같이 도관(976)에서 제1 증류탑(952)의 바닥부로부터의 액체 스트림과 간접 열 교환기를 통해 응축된다. 적어도 부분적으로 응축된 스트림은 도관(982)을 통해 제2 증류탑 분리 용기(908)로 이동하고, 기상과 액상이 분리된다. 주로 에탄이 농후한 기상은 제2 증류탑 분리 용기(908)를 빠져나가서 추가의 처리 및/또는 저장을 위해 도관(984)을 거쳐 진행한다. 액상은 도관(986)을 거쳐 제2 증류탑 분리 용기(908)를 떠나서 환류 펌프(910)의 흡입부로 들어간다. 환류 펌프(910)는 도관(988)을 거쳐 제2 증류탑(954)으로 스트림을 환류로 방출한다.
일 측방 스트림은 도관(990)을 거쳐 제2 증류탑(954)으로부터 배출된다. 스트림은 가열기(912)로 진행하고, 간접 열 교환기를 통해 외부 유체(예, 스트림 또는 열전달 유체)와 가열(재비등)된다. 스트림의 증발된 부분은 도관(992)을 거쳐 제2 증류탑(954)으로 되돌아가고, 박리 가스로 이용된다. 생성된 액체 부분은 도관(994)을 거쳐 제2 증류탑 재비등기(912; reboiler)를 빠져나가서, 도관(996)에서 제2 증류탑(954)의 바닥부로부터의 액상 생성물과 합쳐진다. 생성된 혼합 스트림은 최종 NGL 생성물이다. 최종 NGL 생성물은 에탄과 더 무거운 성분으로 구성되며, 저장 및/또는 추가의 처리를 위해 도관(998)을 거쳐 진행된다.
본 발명의 일 실시예를 따르면, LNG 생성물의 발열량은 도6b에 도시된 시스템의 하나 이상의 작동 파라미터를 변화시켜 조절될 수 있다. 예를 들어, 저위 발열량의 LNG를 생산하기 위해서는 증류탑(952 및/또는 954)의 작동 파라미터에 일 이상의 다음과 같은 조절이 이루어질 수 있다: (1) 제1 증류탑(952)의 피드 스트림(26)의 온도를 낮추고; (2) 제1 증류탑(952)에 대한 박리 가스 스트림(940)의 유동을 낮추고; (3) 제1 증류탑(952)에 대한 환류 스트림(I)의 유동을 증가시킨다. 도1b를 참고로 전술된 바와 같이, 당업자에게 공지된 방법을 포함하여 상기 (1) 내지 (3)항에 기재된 조절에 영향을 주기 위한 몇가지 방법들이 존재한다.
도1a와 도1b와 유사하게, 도6a 및 도6b로부터의 LNG 생성물의 발열량은 전술된 일 이상의 작동을 반대로 수행하여 증가될 수 있다.
본 발명의 LNG 설비의 다른 실시예가 도7a 및 도7b에 도시되었다. 상기 설비의 중질물 제거/NGL 회수 시스템의 다른 실시예가 도7b에 도시되었다. 라인(H, D, B, F, E, G)는 도7b의 시스템이 어떻게 도7a의 LNG 시스템에 통합되는지를 도시한다. 본 발명의 일 실시예를 따르면, LNG 설비는 최종 NGL 생성물에서 C2 + 회수를 최대화하도록 작동될 수 있다.
도7a의 시스템의 주요 구성 요소는 도1a와 동일하다. 도7a의 작동은 도1a에 대해서 전술된 시스템의 작동과 다르므로 자세히 후술될 것이다. 메탄이 농후한 스트림은 도관(112)을 거쳐서 중간 단계 프로판 냉동기(16)를 빠져 나와서, 도7b에 도시된 바와 같이 후술될 도관(H)의 스트림과 합쳐진다. 도7b에 도시된 시스템의 작동이 자세하면서 짧게 후술될 것이다. 혼합 스트림은 저단계 프로판 냉동기(18)로 들어가고, 스트림은 간접 열 교환기 수단(64)을 통해 냉각된다. 생성된 냉각 스트림은 도관(114)을 거쳐 저단계 프로판 냉동기(18)를 빠져나가고, 스트림의 일부는 후술될 도7b에 도시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템에서 추가로 처리될 도관(D)을 거쳐 진행된다.
나머지 메탄이 농후한 스트림은 고단계 에틸렌 냉동기(24)로 들어가고, 간접 열 교환기 수단(82)을 통해 냉각된다. 생성된 스트림은 도관(B)을 거쳐 도7b의 중질물 제거/NGL 회수 시스템으로 진행된다. 후술된 바와 같이 추가의 처리 후에, 메탄이 농후한 스트림은 도관(F)을 거쳐 도7a로 되돌아가고, 중간 단계 에틸렌 냉동기(26)로 들어가서 간접 열 교환기 수단(84)을 통해 냉각된다. 생성된 스트림은 도관(119)을 거쳐 유동하여 도관(158)의 메탄 냉각제 재생 스트림과 합쳐진다. 혼합 스트림은 도관(120)을 거쳐서 저단계 에틸렌 냉동기/응축기(28)로 유동하고, 간접 열 교환기 수단(90)을 통해 추가로 냉각된다. 생성된 가압 LNG 함유 스트림은 도관(122)을 거쳐 저단계 에틸렌 냉동기/응축기(28)를 빠져 나와서, 주 메탄 이코노마이저(36)로 진행한다. 그런 후에, 가압된 LNG 함유 스트림은 도1a와 관련하여 전술된 바와 같이 간접 열 교환기를 통해 메탄 냉각 싸이클의 팽창 냉각 단계를 계속 진행한다. 도1a와 유사하게, 마지막 팽창 단계로부터의 혼합 액체는 도7a의 최종 LNG 생성물이다.
도7a에 도시된 메탄 냉각 싸이클에서, 후술될 도관(G)의 스트림은 도7b에 도시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템에서 시작하여 도7a로 들어가며, 메탄 압축기(32)의 고단계 입구 포트의 상류측에서 도관(168)의 메탄 냉각제 스트림과 합쳐진다. 압축된 혼합 스트림은 도관(192)을 통해 메탄 냉각기(34)로 진행하며, 스트림은 외부 유체(예, 공기 또는 물)와 간접 열 교환기를 통해 냉각된다. 생성된 스트림의 일부는 추가의 처리를 위해 도관(E)을 거쳐 도7b로 진행한다. 나머지 냉각 스트림은 도관(152)을 통해 고단계 프로판 칠러(14)로 유동하며, 도1a에 대해서 전술된 바와 같이 처리된다.
도7b를 살펴 보면, 본 발명의 LNG 설비의 중질물 제거/NGL 회수 시스템이 도시되었다. 도7b에 도시된 시트렘의 주요 구성 요소는 제1 증류탑(1052), 제2 증류탑(1054), 주 이코노마이징 열 교환기(1004), 제2 증류탑 이코노마이징 열 교환기(1002), 중간 단계 분리기 열 교환기(1006), 중간 단계 플래쉬 드럼(1056)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 제1 증류탑(1052)은 메탄 제거기로 작동할 수 있으며, 제2 증류탑(1054)은 에탄 제거기로 작동할 수 있다. 일 실시예를 따르면, 제1 증류탑(1052)은 환류되지 않는다.
도7b에 도시된 시스템의 작동은 도7b의 제1 증류탑이 환류 스트림을 갖지 않는다는 점을 제외하고는 도6b에 도시된 중질물 제거/NGL 회수 시스템에 대해서 전술된 작동과 유사하다. 도7b의 라인과 구성 요소는 도6b의 대응라는 라인에 100을 더한 값으로 표시되었다. 문자로 표시된 라인(예, B, D, E, F, G, H)는 도7b 및 도6b와 동일하다. 도7b의 대응 라인과 구성 요소의 기능 및 작동은 도6b를 참고로 전술된 것과 유사하다. 예를 들어, 도7b에서 제1 증류탑(1052)에 대한 박리 가스 스트림(1040)은 도6b의 제1 증류탑(952)에 대한 박리 가스 스트림(940)의 기능 및 작동에 대응한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, LNG 생성물의 발열량은 도7b에 도시된 시스템의 하나 이상의 작동 파라미터를 다양화시킴으로 조절시킬 수 있다. 예를 들어, 저위 발열량의 LNG를 생산하기 위해, 증류탑(1052 및/또는 1054)의 작동 파라미터에 대한 하나 이상의 다음의 조절이 이루어질 수 있다: (1) 피드 스트림(26)의 온도를 제1 증류탑(1052)으로 낮춤; (2) 박리 가스 스트림(1040)의 유동을 제1 증류탑(1052)으로 낮춤 및/또는 (3) 환류 스트림(1088)의 유동을 제2 증류탑(1054)으로 증가. 도1b를 참조하여 전술된 바와 같이, 당업자에게 잘 공지된 다양한 방법은 상기의 (1) 내지 (3) 항목으로 나열된 조절에 영향을 미친다.
도1a 및 도1b와 유사하게, 도7a 및 도7b의 LNG 설비로부터의 LNG 생성물의 발열량은 전술된 하나 이상의 작동을 역으로 수행함으로 증가될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 도1 및 도7에 도시되는 LNG 생산 시스템은 통상적인 공정 모의 실험 소프트웨어를 사용하여 컴퓨터로 모의 실험할 수 있다. 적당한 모의 실험 소프트웨어의 예는 하이프로테크(Hyprotech)로부터의 하이시스TM(HYSISTM), 아스펜 테크놀로지 인크.(Aspen Technology, Inc.)로부터의 아스펜 플러스®(Aspen Plus®), 시뮬레이션 사이언스 인크.(Simulation Sciences Inc.)로부터의 PRO/II®를 포함한다.
전술한 본 발명의 바람직한 형태는 단지 예시로서 사용되어야 하며, 본 발명의 범위를 한정적으로 해석하는데 사용되지 않아야 한다. 당업자는 전술한 예시적 실시예에 대한 명백한 변경을 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 쉽게 도출할 수 있다.
본 발명자들은 본원에서 청구범위에 기재된 본 발명의 문언적 범위를 크게 벗어나지 않고 그 밖에 있는 임의의 장치에 속하는 본 발명의 합리적으로 공정한 범위를 결정 및 평가하기 위해 균등론에 의존한다.
수의 범위
본 기재는 본 발명과 관련된 특정 파라미터의 양을 정하기 위한 수의 범위를 사용한다. 수의 범위가 갖춰질 때, 이러한 범위는 범위의 최상 값만을 설명하는 청구 범위의 제한뿐 아니라 범위의 최하 값만을 설명하는 청구 범위의 제한도 충실하게 지지하도록 구성된다. 예를 들어, 10 내지 100으로 기재된 수의 범위는 (상한 없이)"10보다 큰"을 설명하는 청구범위 및 (하한 없이)"100보다 작은"을 설명하는 청구범위를 충실히 지지한다.
본 개시는 특정 수의 값이 수의 범위 내에서 명백하지 않을 때, 본 발명과 관련된 특정 파라미터의 양을 정하기 위해 특정 수의 값을 사용한다. 본원에 기재된 각각의 특정 수의 값은 넓은 범위, 중간 범위 및 협소 범위를 충실히 지지하도록 구성된다. 각각의 특정 수의 값과 관련된 넓은 범위는 두 개의 주요 숫자 주위의 수의 값의 ±60%인 수의 값이다. 각각의 특정 수의 값과 관련된 중간 범위는 두 개의 주요 숫자 주위의 수의 값의 ±30%인 수의 값이다. 각각의 특정 수의 값과 관련된 협소 범위는 두 개의 주요 숫자 주위의 수의 값의 ±15%인 수의 값이다. 예를 들어, 명세서가 특정 온도 62℉로 기재된다면, 이 기재는 넓은 수의 범위 25℉ 내지 99℉(62℉ +/- 37℉), 중간 수의 범위 43℉ 내지 81℉(62℉ +/-19℉), 협소 수의 범위 53℉ 내지 71℉(62℉+/-9℉)를 충실히 지지한다. 이러한 넓은 수의 범위, 중간 수의 범위, 및 협소 수의 범위는 특정 값뿐 아니라 이들 특정 값 사이의 상이한 값에도 적용될 수 있다. 그러므로, 명세서가 제1 압력 110psia와 제2 압력 48psia(62psi 차이)를 개시한다면, 이 두 스트림 사이의 압력 차이에 대한 넓은 범위, 중간 범위, 및 협소 범위는 각각 25 내지 99psi, 43 내지 81psi, 53 내지 71psi가 될 것이다.
정의
본원에 사용되는 "천연 가스"란 용어는, 에탄, 더 많은 탄화수소, 질소, 이산화탄소, 및/또는 수은, 황화수소, 메르캅탄 등의 최소량의 다른 함유물과 균형을 이루면서 메탄을 적어도 65몰% 함유한 스트림을 의미한다.
본원에 사용되는 "혼합 냉동제"란 용어는, 복수의 상이한 성분을 함유한 냉동제로서, 단일 성분이 냉동제의 75몰% 이상을 형성하지 않는 냉동제를 의미한다.
본원에 사용되는 "순수 성분 냉동제"란 용어는 혼합된 냉동제가 아닌 냉동제를 의미한다.
본원에 사용되는 "캐스캐이드식 냉동 공정"이란 용어는, 천연 가스를 연속 냉각시키기 위해, 각각이 상이한 순수 성분의 냉동제를 사용하는 복수의 냉동 사이클을 사용하는 냉동 공정을 의미한다.
본원에서 사용되는 "개방-사이클 캐스캐이드식 냉동 공정"이란 용어는, 적어도 하나의 폐쇄 냉동 사이클 및 하나의 개방 냉동 사이클을 포함하는 캐스캐이드식 냉동 공정으로서, 개방 사이클에 사용된 냉동제의 비등점이 폐쇄 사이클에 사용된 냉동제의
비등점보다 낮고, 개방-사이클 냉동제를 응축시키기 위한 냉각 부하의 일부는 하나 이상의 폐쇄 사이클에 의해 제공되는 캐스캐이드식 냉동 공정을 지칭한다. 본 발명의 일 실시예에서, 개방 냉동 사이클의 냉동제로는 지배적으로 메탄 스트림이 사용된다. 이 지배적인 메탄 스트림은 가공된 천연 가스 피드 스트림에서 유래된 것이며, 압축된 개방 메탄 사이클 가스 스트림을 포함할 수 있다.
본원에 사용되는 "팽창형 냉각"이란 용어는, 가스, 액체, 또는 두 상의 시스템의 압력이 압력 감쇄 수단을 통과함으로 감소될 때, 냉각되는 것을 나타낸다. 일 실시예에서, 팽창 수단은 주울 톰슨(Joule-Thompson) 팽창 밸브이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 팽창 수단은 유압 또는 기체 팽창기이다.
본원에 사용되는 "중간 비등점"이란 용어는, 특정 압력에서 물리적 성분의 혼합물의 중량의 절반이 증발될 때의 온도를 의미한다.
본원에 사용되는 "간접적 열 교환"이란 용어는 냉동제와 냉각되는 기질 사이의 실제적인 물리적 접촉 없이 냉동제가 냉각될 기질을 냉각시키는 공정을 나타낸다. 코어 인 케틀(core-in-kettle) 열 교환기 및 납땜된 알루미늄 판-핀 열 교환기는 간접적 열 교환을 용이하게 하는 장비의 특정 예시이다.
본원에 사용된 "이코노마이저" 또는 "이코노마이징 교환기"란 용어는 공정 스트림들 사이의 열을 효율적으로 이동시키기 위해 간접적 열 교환 수단을 사용한 복수의 열 교환을 이용한 장치배열을 나타낸다. 일반적으로, 이코노마이저는 공정 스트림들을 서로 열 통합시킴으로 외부 에너지 주입을 최소화한다.
본원에 사용된 "고위 발열량" 또는 "HHV"란 용어는 연소 반응으로부터 얻어진 물을 증발시키는데 필요한 에너지를 설명하기 위해, LNG 생성물이 연소될 때 방출되는 열을 측정한 값을 나타낸다.
본원에 사용된 "BTU 용량"이란 용어는, 용어 "고위 발열량"과 동의어이다.
본원에 사용된 "증류탑" 또는 "분리기"란 용어는 상대적 휘발성에 기초된 스트림을 분리하기 위한 장치를 나타낸다.
본원에 사용된 "정지 상태 작동"이란 용어는 작동 개시와 작동 중지 사이에서 상대적으로 정지 및 지속하는 작동 사이클을 의미한다.
본원에 사용된 "비 피드 작동 파라미터"란 용어는 장비 또는 설비 품목에의 주 공급 조성(들)과 다른, 장비 또는 설비 품목에의 임의의 작동 파라미터를 의미한다.
본원에 사용된 "천연 가스 액체" 또는 "NGL"이란 용어는 예를 들어, 통상적으로 에탄보다 더 무거운 성분의 탄화 수소 혼합물을 나타낸다. NGL 스트림의 탄화 수소 성분의 일부 예시는 프로판, 부탄과 펜탄 이성체, 벤젠, 톨루엔 및 기타 방향족 분자를 포함한다. 또한 에탄은 NGL 혼합물에 포함될 수 있다.
본원에서 사용되는 "상류" 및 "하류"라는 용어는, 플랜트를 통한 천연 가스의 주 유동 경로를 따르는 다양한 성분의 천연 가스 액화 설비의 상대적 위치를 나타낸다.
본원에서 유체 스트림의 특정 성분의 존재를 설명하기 위해 사용될 때 사용되는 "지배적으로(predominantly)", "제1(primarily)", "주로(principally)", 및 "대부분(in major portion)"이란 용어는, 유체 스트림이 기재된 성분을 적어도 50몰% 포함하는 것을 의미한다. 예를 들어, 메탄 "지배적" 스트림, 메탄 "제1" 스트림, "주로" 메탄으로 구성된 스트림, 또는 "대부분" 메탄으로 구성된 스트림 각각은 메탄을 적어도 50몰% 포함하는 스트림을 지칭한다.
본원에 사용된 둘 이상의 항목 나열할 때 사용되는 "및/또는"이란 용어는 나열된 항목 중 임의의 하나가 자체로 사용될 수 있는 것을 의미하거나 또는, 나열된 항목 중 둘 이상의 임의의 조합이 사용될 수 있는 것을 의미한다. 예를 들어, 조성이 성분 A, B 및/또는 C를 함유한 것으로 기재되었다면, 조성은 A만을, B만을, C만을, A와 B의 조합을, A와 C의 조합을, B와 C의 조합을, 또는 A, B, C의 조합을 함유할 수 있다.
본원에 사용된 "포함하는","~을 포함한다", 및 "~들을 포함한다"란 용어는 관계되기 전에 기재된 대상으로부터 관계된 후에 기재된 요소 혹은 요소들까지의 변화를 설명하는데 사용되는 확장 가능 변화 용어로서, 변화 관계 후에 나열된 요소 또는 요소들은 대상을 형성하는 요소들만을 요구하지는 않는 확장 가능 변화 용어이다.
본원에 사용된 "갖춰지는", "~을 갖춘다", 및 "~들을 갖춘다"란 용어는 "포함하는","~을 포함한다", 및 "~들을 포함한다"의 확장 가능의 의미와 동일한 의미를 갖는다.
본원에 사용된 "갖는","~을 갖는다", 및 "~들을 갖는다"이란 용어는 "포함하는","~을 포함한다", 및 "~들을 포함한다"의 확장 가능의 의미와 동일한 의미를 갖는다.
본원에 사용된 "함유하는", "~을 함유한다", 및 "~들을 함유한다"란 용어는 "포함하는","~을 포함한다", 및 "~들을 포함한다"의 확장 가능의 의미와 동일한 의미를 갖는다.
본원에 사용된 단수 표현 및 "상기"의 용어는 하나 이상인 것을 의미한다.
전술한 본 발명의 바람직한 형태는 단지 예시로서 사용되어야 하며, 본 발명의 범위를 한정적으로 해석하는데 사용되지 않아야 한다. 당업자는 전술한 예시적 실시예에 대한 명백한 변경을 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 쉽게 도출할 수 있다.

Claims (18)

  1. 천연 가스 스트림을 액화하기 위한 방법이며, 상기 방법은
    (a) 상기 천연 가스 스트림의 적어도 일부를 제1의 주로 액체인 스트림과 제1의 주로 증기인 스트림으로 분리하기 위해 제1 증류탑을 사용하는 단계와,
    (b) 제1 가열 스트림을 제공하기 위해 제1 열교환기 내에서 상기 제1의 주로 액체인 스트림 중 적어도 일부를 가열하는 단계와,
    (c) 제2 가열 스트림을 제공하기 위해 제2 열교환기 내에서 상기 제1 가열 스트림 중 적어도 일부를 가열하는 단계와,
    (d) 상기 제2 가열 스트림 중 적어도 일부를 제2의 주로 액체인 스트림과 제2의 주로 증기인 스트림으로 분리하기 위해 제2 증류탑을 사용하는 단계를 포함하고,
    상기 가열 단계(b) 및/또는 가열 단계 (c) 중 적어도 일부는 상기 제2의 주로 증기인 스트림 중 적어도 일부와의 간접적인 열교환에 의해 제공되는
    천연 가스 스트림 액화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가열 스트림은 상기 제1 열교환기 및 상기 제2 열교환기 사이에서 상기 제1 증류탑 내로 재도입되지 않는
    천연 가스 스트림 액화 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가열 스트림을 제1의 주로 액체인 가열 스트림과 제1의 주로 증기인 가열 스트림으로 분리하는 단계를 더 포함하는
    천연 가스 스트림 액화 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1의 주로 액체인 가열 스트림 중 적어도 일부에는 상기 제2 열교환기 내에서의 상기 가열 단계가 수행되고, 상기 제1의 주로 증기인 가열 스트림에는 상기 제2 열교환기 내에서의 상기 가열 단계가 수행되지 않는
    천연 가스 스트림 액화 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가열 단계(b) 및/또는 가열 단계(c) 중 적어도 일부는 상기 천연 가스 스트림 중 적어도 일부와의 간접적인 열교환에 의해 제공되는
    천연 가스 스트림 액화 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 열교환기 내에서 상기 제1의 주로 증기인 가열 스트림을 가열하지 않고 상기 제1의 주로 증기인 가열 스트림 중 적어도 일부를 상기 제1 증류탑 내로 도입시키는 단계를 더 포함하는
    천연 가스 스트림 액화 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    냉각된 천연 가스 스트림을 제공하기 위해 상류 냉각 사이클 내에서 상기 천연 가스 스트림 중 적어도 일부를 냉각시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 증류탑 내로 도입된 상기 천연 가스 스트림은 상기 냉각된 천연 가스 스트림 중 적어도 일부를 포함하는
    천연 가스 스트림 액화 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상류 냉각 사이클은 상류 냉매를 사용하고, 상기 상류 냉매는 프로판, 프로필렌, 에탄, 또는 에틸렌을 포함하는
    천연 가스 스트림 액화 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가열 단계 (c)는 상기 제2의 주로 증기인 스트림 중 적어도 일부를 적어도 부분적으로 응축시켜서, 응축된 액체 부분을 제공하고,
    상기 방법은 상기 응축된 액체 부분 중 적어도 일부를 환류로서 상기 제2 증류탑 내로 재도입시키는 단계를 더 포함하는
    천연 가스 스트림 액화 방법.
  10. 액화 천연 가스(LNG) 설비이며,
    제1 유체 입구와, 제1 증기 출구와, 제1 액체 출구를 포함하는 제1 증류탑과,
    제1 가열 통로와 제1 냉각 통로를 형성하는 제1 열교환기로서, 상기 제1 가열 통로는 제1 저온 유체 입구와 제1 고온 유체 출구를 형성하고, 상기 제1 냉각 통로는 제1 고온 유체 입구와 제1 저온 유체 출구를 형성하며, 상기 제1 가열 통로의 상기 제1 저온 유체 입구는 상기 제1 증류탑의 상기 제1 액체 출구와 유체 연통하는, 제1 열교환기와,
    제2 가열 통로와 제2 냉각 통로를 형성하는 제2 열교환기로서, 상기 제2 가열 통로는 제2 저온 유체 입구와 제2 고온 유체 출구를 형성하며, 상기 제2 냉각 통로는 제2 고온 유체 입구와 제2 저온 유체 출구를 형성하고, 상기 제1 가열 통로의 상기 제1 고온 유체 출구는 상기 제2 가열 통로의 상기 제2 저온 유체 입구와 유체 연통하는, 제2 열교환기와,
    제2 유체 입구와, 제2 증기 출구와, 제2 액체 출구를 포함하는 제2 증류탑으로서, 상기 제2 증류탑의 상기 제2 유체 입구는 상기 제2 가열 통로의 상기 제2 고온 유체 출구와 유체 연통하는, 제2 증류탑을 포함하고,
    상기 제2 증류탑의 상기 제2 증기 출구는 상기 제1 냉각 통로의 상기 제1 고온 유체 입구 및/또는 상기 제2 냉각 통로의 상기 제2 고온 유체 입구와 유체 연통하는
    액화 천연 가스 설비.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 가열 통로의 상기 제1 고온 유체 출구는 상기 제1 증류탑과 유체 연통하지 않는
    액화 천연 가스 설비.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 냉각 통로의 상기 제1 고온 유체 입구는 상기 제2 증류탑의 상기 제2 증기 출구와 유체 연통하는
    액화 천연 가스 설비.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 증류탑은 제2 환류 입구를 더 포함하고, 상기 제1 냉각 통로의 상기 제1 저온 유체 출구는 상기 제2 환류 입구와 유체 연통하는
    액화 천연 가스 설비.
  14. 제10항에 있어서,
    유체 유동에 관하여 상기 제1 가열 통로의 상기 제1 고온 유체 출구와 상기 제2 가열 통로의 상기 제2 저온 유체 입구 사이에 배치된 증기-액체 분리 용기를 더 포함하고, 상기 분리 용기는 고온 유체 입구와, 고온 증기 출구와, 고온 액체 출구를 포함하는
    액화 천연 가스 설비.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 고온 액체 출구는 상기 제2 가열 통로의 상기 제2 저온 유체 입구와 유체 연통하고, 상기 고온 증기 출구는 상기 제2 가열 통로의 상기 제2 저온 유체 입구와 유체 연통하지 않는
    액화 천연 가스 설비.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 증류탑은 제1 증기 입구를 더 포함하고, 상기 제1 증류탑의 상기 제1 증기 입구는 상기 분리 용기의 상기 고온 증기 출구와 유체 연통하는
    액화 천연 가스 설비.
  17. 제10항에 있어서,
    고온 천연 가스 입구와 저온 천연 가스 출구를 형성하는 상류 냉각 사이클을 더 포함하고, 상기 저온 천연 가스 출구는 상기 제1 증류탑의 상기 제1 유체 입구와 유체 연통하는
    액화 천연 가스 설비.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 상류 냉각 사이클은 프로판, 프로필렌, 에탄, 또는 에탄 냉각 사이클을 포함하는
    액화 천연 가스 설비.
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