KR20130088141A - 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

메탄을 포함하는 탄화수소 스트림 (110) 을 처리하기 위한 방법 및 장치에서, 탄화수소 스트림 (110) 의 적어도 일부 (130) 및 주요 냉매 스트림 (310) 은 예냉 냉매 (230) 에 대한 간접 열교환에 의해 냉각된다. 예냉된 탄화수소 스트림 (140) 은 추출탑 (125) 의 제 1 입구 (151) 로 통과되고, 유출물 스트림 (160) 은 추출탑 (125) 으로부터 배출된다. 유출물 스트림 (160) 및 예냉된 주요 냉매 스트림 (320) 의 적어도 일부는 추가 열교환기 (175) 로 통과되는데, 추가 열교환기에서 스트림 둘 다 냉각되어서 냉각된 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (180) 및 적어도 하나의 냉각된 주요 냉매 스트림 (410, 430) 을 제공한다. 유출물 스트림 (160) 을 추가 열교환기 (175) 로 통과시키는 상기 단계 및 예냉된 탄화수소 스트림 (140) 을 추출탑 (125) 의 제 1 입구 (151) 로 통과시키는 상기 단계는 예냉된 탄화수소 스트림 (140) 에 대해 유출물 스트림 (160) 을 간접 열교환하는 것을 포함한다.

Description

메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 방법 및 이를 위한 장치{METHOD OF TREATING A HYDROCARBON STREAM COMPRISING METHANE, AND AN APPARATUS THEREFOR}
본 발명은 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
메탄을 포함하는 탄화수소 스트림은, 천연 가스 또는 석유 저장소 (reservoirs) 와 같은 다수의 소스 (sources) 으로부터, 또는 피셔-트롭쉬 (Fischer-Tropsch) 프로세스와 같은 합성 소스로부터 유도될 수 있다. 본 발명에서, 탄화수소 스트림은 바람직하게 천연 가스를 포함하거나, 본질적으로 천연 가스로 이루어진다. 여러 가지 이유 때문에 이러한 스트림을 처리 및 냉각하는 것이 유용하다. 특히 탄화수소 스트림을 액화하는 것이 유용하다.
천연 가스는 다양한 탄화수소 화합물의 소스일 뿐만 아니라 유용한 연료 소스이다. 종종, 여러 가지 이유 때문에 천연 가스 스트림의 소스 또는 그 가까이에서 액화 천연 가스 (LNG) 플랜트에서 천연 가스를 액화시키는 것이 바람직하다. 예로서, 천연 가스는 더 작은 용적을 차지하고 고압에서 저장될 필요가 없으므로 가스 형태보다는 액체로서 저장되고 더 쉽게 장거리 수송될 수 있다.
US 특허 6,370,910 은 메탄이 풍부한 스트림을 액화하기 위한 방법 및 장치를 개시한다. 천연 가스 스트림은 예냉되어 추출탑으로 공급되고, 추출탑에서 무거운 탄화수소가 천연 가스로부터 제거된다. 가스 오버헤드 스트림은 추출탑의 상단으로부터 인출되고, 보조 열교환기에 배치된 제 3 튜브측으로 통과한다. 주요 다성분 냉매 스트림은 또한 보조 열교환기로 통과하지만, 그 안에 배치된 제 1 튜브측으로 통과한다. 끝으로, 보조 다성분 냉매 스트림은 또한 보조 열교환기로 통과하지만, 그 안에 배치된 제 2 튜브측으로 통과한다. 모두 3 개의 스트림이 팽창 기기에 의하여 보조 열교환기의 셸 측을 통과한 냉각된 보조 다성분 냉매에 대해 보조 열교환기에서 냉각된다.
US 특허 6,370,910 의 방법 및 장치의 단점은, 주요 다성분 냉매 스트림과 추출탑의 상단에서 인출된 가스 오버헤드 스트림이, 보조 열교환기로 들어갈 때, 그 스트림 사이의 온도 차이가 꽤 클 수도 있다는 것이다. 이것은, 결국, 열응력 (특히 코일-권선 열교환기에서) 및 보조 열교환기에서 내부 핀칭 (internal pinching) 을 초래할 수도 있는데, 이것은 냉각 프로세스에서 불안정한 거동 및 열교환기의 손상을 이끌 수도 있다.
US 특허 출원 공개 제 2008/016910 호에서, 액화 천연 가스의 생산에 통합된 NGL 회수가 기술된다. 메탄보다 무거운 성분은 증류탑에서 회수되는데 증류탑에서 냉각된 천연 가스는 메탄이 풍부한 오버헤드 증기 및 무거운 성분이 풍부한 바닥 스트림으로 분리된다. 증류탑은, 증류탑으로부터 오버헤드 증기의 응축된 부분 또는 추후 가열 (warm) 되는 전부 응축된 오버헤드 증기 부분에 의해 제공되는 액화된 메탄 함유 리플럭스 스트림을 이용한다. 증류탑으로 냉각된 공급 스 트림은 선택적 이코노마이저 (economizer) 열교환기에서 오버헤드 증기에 대해 추가 냉각될 수도 있다.
본 발명은 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 방법을 제공하고, 이 방법은:
- 예냉된 탄화수소 스트림 및 예냉된 주요 냉매 스트림을 제공하기 위해서, 예냉 냉매에 대한 간접 열교환에 의해 탄화수소 스트림의 적어도 일부 및 주요 냉매 스트림을 냉각시키는 단계;
- 상기 예냉된 탄화수소 스트림을 추출탑의 제 1 입구로 통과시키는 단계;
- 상기 추출탑으로부터 상기 추출탑 안으로의 상기 제 1 입구에 대해 중력적으로 더 높게 배치된 증기 출구를 통하여, 메탄-풍부 탄화수소 스트림 형태의 유출물 스트림을 배출하고, 상기 추출탑으로부터 상기 추출탑 안으로의 상기 제 1 입구에 대해 중력적으로 더 낮게 배치된 액체 출구를 통하여 액체 메탄-고갈 탄화수소 스트림을 배출하는 단계;
- 상기 유출물 스트림을 추가 열교환기로 통과시키는 단계;
- 상기 예냉된 주요 냉매 스트림의 적어도 일부를 상기 추가 열교환기로 통과시키는 단계; 및
- 상기 추가 열교환기에서 상기 유출물 스트림 및 상기 예냉된 주요 냉매 스트림의 적어도 일부 양자를 냉각시켜서, 냉각된 메탄-풍부 탄화수소 스트림 및 적어도 하나의 냉각된 주요 냉매 스트림을 제공하는 단계를 포함하고,
상기 유출물 스트림을 상기 추가 열교환기로 통과시키는 상기 단계 및 상기 예냉된 탄화수소 스트림을 상기 추출탑의 상기 제 1 입구로 통과시키는 상기 단계는 상기 예냉된 탄화수소 스트림에 대해 상기 유출물 스트림을 간접 열교환하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명은 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 장치를 제공하고, 이 장치는:
- 적어도 하나의 예냉 열교환기로서, 상기 예냉 열교환기의 제 1 출구에 예냉된 탄화수소 스트림 및 제 3 출구에 예냉된 주요 냉매 스트림을 제공하도록, 예냉 냉매에 대한 간접 열교환에 의해 탄화수소 스트림의 적어도 일부 및 주요 냉매 스트림을 냉각시키도록 배치된, 적어도 하나의 예냉 열교환기;
- 추출탑으로서, 제 1 입구, 상기 추출탑 안으로의 제 1 입구에 대해 중력적으로 더 높게 배치된 증기 출구, 및 상기 추출탑 안으로의 상기 제 1 입구에 대해 중력적으로 더 낮게 배치된 액체 출구를 구비한, 추출탑;
- 상기 추출탑의 상기 제 1 입구를 상기 예냉 열교환기의 상기 제 1 출구에 유동적으로 (fluidly) 연결하는 제 1 연결 수단;
- 상기 추출탑의 상기 증기 출구로부터 유출물을 수용하기 위한 제 1 입구, 및 상기 제 3 출구로부터 상기 예냉된 주요 냉매 스트림의 적어도 연속 부분을 수용하기 위한 적어도 하나의 제 2 입구를 구비하고, 또한 냉각된 메탄-풍부 탄화수소 스트림을 배출하기 위한 제 1 출구 및 적어도 하나의 냉각된 주요 냉매 스트림을 배출하기 위한 적어도 하나의 제 2 출구를 구비한 추가 열교환기;
- 상기 추출탑의 상기 증기 출구와 상기 추가 열교환기의 상기 제 1 입구를 유동적으로 (fluidly) 연결하는 제 2 연결 수단;
- 냉각 냉매를 상기 추가 열교환기로 공급하고 상기 추가 열교환기에서 냉각 구간의 하류에서 상기 추가 열교환기로부터 냉각 냉매를 인출하도록 배치된 냉매 순환 수단;
- 상기 추가 열교환기에서 상기 냉각 구간을 통과하고 상기 제 1 입구와 상기 제 1 출구를 유동적으로 연결하는 제 1 튜브 수단, 및 상기 추가 열교환기에서 상기 냉각 구간을 통과하고 상기 적어도 하나의 제 2 입구와 상기 적어도 하나의 제 2 출구를 유동적으로 연결하는 적어도 제 2 튜브 수단; 및
- 상기 제 1 연결 수단 및 상기 제 2 연결 수단에 제공되고 상기 예냉된 탄화수소 스트림과 상기 추출탑의 상기 증기 출구로부터의 상기 유출물 사이에 간접 열교환을 위해 배치된 추출탑 열교환기를 포함한다.
본 발명은 실시예를 사용하고 도면을 참조하여 하기에 추가 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 방법과 장치를 나타내는 프로세스 흐름도를 개략적으로 나타낸다.
도 2 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 방법과 장치를 나타내는 프로세스 흐름도를 개략적으로 나타낸다.
도 3 은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 방법과 장치를 나타내는 프로세스 흐름도를 개략적으로 나타낸다.
이 도면에서, 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 부품을 나타내는데 사용될 것이다. 게다가, 단일 도면 부호는 도관 또는 라인뿐만 아니라 그 라인에 의해 운반되는 스트림을 식별하는데 사용될 것이다.
본원과 관련해, "메탄-풍부 (methane-enriched)" 는 처리되는 탄화수소 스트림보다 높은 상대적 메탄 함유량을 가지는 것을 말한다.
마찬가지로, "메탄-고갈 (methane-depleted)" 은 처리되는 탄화수소 스트림보다 낮은 상대적 메탄 함유량을 가지는 것을 말한다.
본 개시는, 예냉, 중질물 (heavies) 의 추출, 및 추가 열교환기에서 후속 냉각을 포함한, 냉각된 메탄-풍부 탄화수소 스트림의 생성에 관련된다. 현재, 예냉된 탄화수소 스트림 및 예냉된 주요 냉매 스트림을 제공하도록 탄화수소 스트림의 적어도 일부 및 주요 냉매 스트림을 예냉하고, 추출탑으로부터의 메탄-풍부 증기 유출물과 추출탑으로 유입되기 전 예냉된 탄화수소 스트림 사이에서 간접 열교환하는 것이 제안된다. 이것과 함께, 예냉된 탄화수소 스트림의 온도에 보다 양호하게 부합되도록, 추출탑 열교환기의 접근 (approach) 온도 한계점 내에서 메탄-풍부 증기 유출물의 온도가 회복되도록 달성된다.
이렇게, 메탄-풍부 증기 유출물과 예냉된 주요 냉매 스트림 사이의 온도 차이는, 추출탑에서 온도 조건에 상관없이 최초의 예냉된 탄화수소 스트림과 예냉된 주요 냉매 스트림 사이의 온도 차이와, 예로 10 ℃ 이내에서, 추출탑의 접근 온도와 동일한 것처럼, 실질적으로 동일하다.
결과적으로, 메탄-풍부 유출물 및 예냉된 주요 냉매 스트림이 이런 추가 열교환기로 공급될 때 추가 열교환기에서 유도될 수도 있는 임의의 핀칭 및 열응력은, 예냉된 탄화수소 스트림이 추출탑을 통과하지 않고 추가 열교환기로 통과되는 경우보다 크게 더 악화되지 않을 것이다.
바람직하게, 예냉된 탄화수소 스트림 및 예냉된 주요 냉매 스트림은 예냉 열교환기(들)로부터 배출될 때 그것은 예로 서로에 대해 10 ℃ 이내, 바람직하게 서로에 대해 5 ℃ 이내에서 실질적으로 동일한 예냉 온도를 가질 수도 있다. 이것은 예로 별개의 열교환기에서 서로 별개로 부분 탄화수소 스트림과 주요 냉매 스트림을 예냉하고, 동일한 온도 레벨에서 증발하는 하나 이상의 예냉 냉매에 대해 열교환함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 바람직하게, 탄화수소 스트림의 일부와 주요 냉매 스트림은 튜브-인-셸 (tube-in-shell) 열교환기와 같은 적어도 하나의 공통 열교환기에서 냉각되는데 탄화수소 스트림의 일부 및 주요 냉매 스트림은 공통 셸을 통하여 상호 분리된 예냉 튜브 다발로 통과한다.
예냉된 탄화수소 스트림의 예냉 온도는 예로 -20 ℃ ~ -80 ℃ 의 범위에 있을 수도 있다.
바람직한 실시형태들에서, 예냉된 탄화수소 스트림에 대한 상기 간접 열교환을 거치기 전 유출물 스트림은 예냉된 탄화수소 스트림의 온도보다 낮은 온도를 가진다. 이것은 항상 예를 들어 열이 추출탑에 부가되는 경우는 아니다. 이것이 그 경우가 아니고 그리고/또는 이것을 달성하는 것을 보조하기 위해서, 열이:
- 추출탑으로부터의 메탄-풍부 증기 유출물과 간접 열교환하는 상류에 있지 않은 예냉된 탄화수소 스트림;
- 예냉된 탄화수소 스트림과 간접 열교환을 완료하기 전 추출탑으로부터의 메탄-풍부 증기 유출물;
- 추출탑으로부터의 메탄-풍부 증기 유출물과 예냉된 탄화수소 스트림 사이의 간접 열교환 이외에 보조 냉매 스트림에 대한 열교환, 적합하게 간접 열교환에 의해, 추출탑 안으로의 제 1 입구와 추출탑으로부터의 증기 출구 및 또는 그 사이 영역에서 추출탑 내부의 증기 및/또는 액체
중 적어도 하나로부터 추출될 수도 있다. 결과적으로, 예냉된 탄화수소 스트림은 추가 냉각되고, 그리고/또는 그것의 온도가 낮추어진다. 열이 추출탑에 부가되는 경우, 부가된 열의 적어도 일부는 열을 부가하는 동안 적합하게 동시에 보조 냉매에 의하여 제거된다.
바람직하게, 보조 냉매는 상기 열교환에 의해 적어도 부분적으로 증발하는 액체 분획물을 함유한다. 증발된 부분은, 예로 이용된 보조 냉매 스트림의 일부로서, 냉매 회로의 주요 냉매 압축기와 같은 적합한 냉매 압축기에서 재사용을 위해 압축될 수도 있다.
탄화수소 스트림은 메탄을 함유한다. 탄화수소 스트림은 천연 가스 또는 석유 저장소 또는 탄층으로부터 얻을 수도 있다. 대안으로서, 탄화수소 스트림은 예로서 피셔-트롭쉬 프로세스와 같은 합성 소스를 포함하는 다른 소스로부터 또한 얻을 수도 있다. 바람직하게, 탄화수소 스트림은 적어도 50 몰% 의 메탄, 보다 바람직하게 적어도 80 몰% 의 메탄을 포함한다.
소스에 따라, 탄화수소 스트림은 H20, N2, CO2, Hg, H2S 및 다른 황 화합물과 같은 하나 이상의 미탄화수소 성분; 및 특히 에탄, 프로판 및 부탄과 같은 메탄보다 무거운 하나 이상의 탄화수소, 및 가능하다면 보다 소량의 펜탄 및 방향족 탄화수소를 포함한 가변량의 다른 성분을 함유할 수도 있다. n 개의 탄소 원자를 기초로 하는 알칸인 적어도 n 번째 알칸 분자 질량의 분자 질량을 갖는 탄화수소는 Cn + 라고 할 것이다. 예를 들어, C5 + 는 적어도 펜탄 분자 질량의 분자 질량을 가지는 탄화수소를 의미한다. 적어도 프로판 분자 질량의 분자 질량을 갖는 탄화수소는 본원에서 C3 + 탄화수소라고 할 수도 있고, 적어도 에탄 분자 질량의 분자 질량을 갖는 탄화수소는 본원에서 C2 + 탄화수소라고 할 수도 있다.
원한다면, 탄화수소 스트림은 CO2 및 H2S 와 같은 하나 이상의 원치 않는 성분을 감소 및/또는 제거하도록 전처리될 수도 있거나, 조기 냉각, 예비가압 등과 같은 다른 단계들을 거칠 수도 있다. 이런 단계들은 본 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있으므로, 그것의 메커니즘은 여기에서 더 검토되지 않는다.
따라서, 탄화수소 스트림의 조성은 가스의 유형과 위치 및 적용되는 전처리(들)에 따라 변한다.
도 1 은 냉각된 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (180) 을 제공하기 위해서 탄화수소 스트림 (110) 을 처리하기 위한 방법과 장치로 구현될 수 있는 프로세스 흐름도를 개략적으로 나타낸다. 장치는 제 1 입구 (151), 증기 출구 (159) 및 액체 출구 (189) 를 구비한 추출탑 (125) 을 포함한다. 증기 출구 (159) 는 제 1 입구 (151) 보다 중력적으로 더 높게 배치되고, 액체 출구 (189) 는 제 1 입구 (151) 보다 중력적으로 더 낮게 배치된다. 제 1 입구는 본 기술분야에 알려진 대로 추출탑 (125) 내부에 입구 분배기 (inlet distributor, 미도시) 를 포함할 수도 있다.
탄화수소 스트림 (110) 은 천연 가스를 포함할 수도 있고, 선택적으로 본질적으로 천연 가스로 이루어질 수도 있고, 그것은 전처리될 수도 있다. 탄화수소 스트림 (110) 은 공급 온도 및 공급 압력에서 제공된다.
전형적인 탄화수소 공급 가스 조성에 대해, 공급 압력은 10 ~ 120 bara (bar absoute) 사이의 어떤 값일 수도 있지만, 보다 전형적으로 25 ~ 80 bara 이다. 공급 온도는 전형적으로 주변 온도이거나 주변 온도에 가까울 수도 있어서, 주변 온도는 공급 라인 (110) 외부 공기의 온도이다. 예로, 공급 온도는 전형적으로 주변 온도로부터 10 ℃ 이내일 수도 있다. 주변 온도는 보통 하루 중 시간 및 계절에 따라 변동하지만, 그것은 전형적으로 -10 ℃ ~ +50 ℃ 사이의 어떤 값일 수도 있다.
추출탑 (125) 은, 탄화수소 스트림으로부터 프로판과 부탄 및 선택적으로 에탄의 추출에 적합한 임의의 유형의 극저온 증류탑 형태로 제공될 수도 있다. 추출탑 (125) 은 적합하게 일부 다른 유형의 추출탑과 비교했을 때 비교적 고압에서 작동할 수도 있는 소위 세척탑 (scrub column) 의 형태일 수도 있다. 전형적으로, 추출탑은 트레이 및/또는 패킹의 형태로 액체-증기 접촉 구간 (126) 을 구비한다. 선택적으로, 도 1 에 나타난 것처럼, 추출탑 (125) 은 제 2 입구 (121) 와 같은 다른 입구들을 가질 수도 있다.
추출탑 (125) 에서 바람직한 작동 압력은 탄화수소 공급 스트림 (110) 의 조성 및 증기 출구 (159) 에서 배출되는 증기의 목표 사양에 의해 좌우된다. 하지만, 그것은 일반적으로 임계점 압력 미만이고, 임계점 압력은 탄화수소 공급 스트림의 특정 조성에 속하는 상태도 (phase diagram) 의 크리콘덴바 (cricondenbar) 에서 압력이다. 천연 가스 액체는 임계점 온도 미만에서 50 bar 까지의 압력으로 추출탑에서 추출될 수도 있다. 하지만, 최종 목표가 액화된 탄화수소 스트림을 생성하는 것이라면, 바람직한 압력은 임계점 압력 미만의 2 ~ 15 bar, 보다 바람직한 압력은 임계점 압력 미만의 2 ~ 10 bar 로, 이것은 더 적은 (재)압축을 허용한다. 이 압력 범위는 세척탑에서 달성될 수도 있다. 압력이 그 범위보다 높다면, 추출탑 (125) 의 작동은 너무 비효과적으로 될 것이고, 반면에 압력이 그 범위보다 낮다면 메탄-풍부 탄화수소 스트림의 후속 액화의 에너지 효율은 더 낮아질 것이다.
예냉 열교환기 (135) 는, 예냉 냉매 (230) 에 대한 간접 열교환에 의해 탄화수소 스트림 (110) 의 적어도 일부 (130) 및 주요 냉매 스트림 (310) 을 냉각하도록 제공된다. 예냉 냉매는 예냉 냉매 회로 (200, 일부 도시됨) 에서 순환될 수도 있다. 예냉 열교환기 (135) 는 적어도 예냉된 탄화수소 스트림 (140) 및 예냉된 주요 냉매 스트림 (320) 을 배출한다.
도 1 에 나타난 것과 같은 예냉 열교환기 (135) 는, 예냉 열교환기 (135) 에서 예냉 냉각 구간을 통하여 제 1 입구 (131) 와 제 1 출구 (139) 를 연결하는 제 1 예냉 튜브 다발; 예냉 냉각 구간을 통하여 제 3 입구 (311) 와 제 3 출구 (319) 를 연결하는 제 2 예냉 튜브 다발; 및 예냉 냉각 구간을 통하여 제 2 입구 (211) 와 제 2 출구 (219) 를 연결하는 제 3 예냉 튜브 다발을 포함한다. 부가적으로, 예냉 열교환기 (135) 는 예냉 냉각 구간으로 유입시키는 셸 입구 (231) 및 예냉 냉각 구간으로부터 이용된 예냉 냉매를 배출하는 셸 출구 (239) 를 구비한다.
예냉 냉매는 프로판과 같은 단일 성분 냉매 또는 다성분 냉매일 수도 있다. 예를 들어, 다성분 냉매는 펜탄, 부탄, 프로판, 프로필렌, 에탄, 및 에틸렌 중 하나 이상을 포함하는 탄화수소 성분의 혼합물을 함유할 수도 있다.
예냉 냉매 회로 (200) 는 예냉 냉매 압축기 (미도시) 를 포함할 수도 있고, 선택적으로 흡입 드럼 (미도시) 이 선행하고, 압축된 예냉 냉매가 주변 및 선택적 어큐뮬레이터 (미도시) 에 대해 냉각될 수도 있는 하나 이상의 냉각기 (미도시) 가 뒤따른다. 이 장비는, 예냉 열교환기에서 제 2 입구 (211) 에 연결된 라인 (210) 에 압축된 주변 냉각된 예냉된 냉매 스트림을 제공한다. 제 2 출구 (219) 는 줄-톰슨 (Joule-Thompson) 밸브 (225) 의 형태로 여기에 나타낸 팽창 기기에 의하여 서로 연결되는 라인 (220, 230) 에 의하여 셸 입구 (231) 에 연결된다. 셸 출구 (239) 는, 라인 (210) 에서 압축된 주변 냉각된 예냉된 냉매 스트림을 제공하도록 재압축될 수 있는 예냉 냉매 압축기로 (선택적으로 흡입 드럼에 의하여) 이용된 냉매를 다시 운반하는 역할을 하는 라인 (240) 으로 배출된다.
예냉 열교환기로부터의 제 1 출구 (139) 는 예냉된 탄화수소 스트림을 라인 (140) 으로 배출한다. 예냉 열교환기 (135) 로부터의 제 3 출구 (319) 는 예냉된 주요 냉매 스트림을 라인 (320) 으로 배출한다.
예냉 열교환기 (135) 의 제 1 출구 (139) 는 제 1 연결 수단 (155) 에 의하여 추출탑 (125) 의 제 1 입구 (151) 에 유동적으로 연결된다. 도 1 에 더 상세히 나타낸 실시형태에서, 예냉 열교환기 (135) 로부터의 제 1 출구 (139) 는 라인 (140) 으로 배출하고, 이 라인은 차례로 추출탑 열교환기 (145) 에 의하여 라인 (150) 에 연결된다. 따라서, 라인 (140) 은 추출탑 열교환기 (145) 의 제 1 입구 (141) 에 연결되고, 이것은 라인 (150) 으로 배출되는 제 1 출구 (149) 에 내부에서 연결된다. 라인 (150) 은 추출탑 (125) 의 제 1 입구 (151) 에 연결되고 추출탑 (125) 으로 배출한다. 추출탑 열교환기 (145) 는 튜브-인-셸형 열교환기 또는 파이프-인-파이프 열교환기 형태로 제공될 수도 있지만, 선택적으로 저온 상자 (cold box) 에서 플레이트-핀 (plate-fin) 열교환기 및/또는 인쇄 회로 열교환기와 같은 플레이트형 열교환기가 바람직하다.
바람직하게, 예냉 열교환기 (135) 와 추출탑 열교환기 (145) 사이에 본질적으로 별개의 열교환기가 존재하지 않는다. 따라서, 예냉 열교환기 (135) 의 하류 및 추출탑 열교환기 (145) 상류의 라인 (140) 에 사용되는 배관을 통한 환경과 불가피한 미소 열교환 이외에 다른 매체와 열교환은 일어나지 않을 것이다. 따라서, 추출탑 열교환기 (145) 안으로 통과함에 따라 예냉된 탄화수소 스트림 (140) 의 온도는 본질적으로 예냉된 탄화수소 스트림 (140) 이 예냉 열교환기 (135) 로부터 배출되는 온도와 동일하다. 실제로, 이것은 예냉된 탄화수소 스트림 (140) 이 추출탑 열교환기 (145) 안으로 통과함에 따라 예냉된 탄화수소 스트림의 온도가, 예냉된 탄화수소 스트림 (140) 이 예냉 열교환기 (135) 로부터 배출되는 온도와 5 ℃ 미만, 바람직하게 2 ℃ 미만 상이하다는 것을 의미할 수도 있다.
바람직하게 추출탑 (125) 의 바닥 또는 가까이 및/또는 접촉 구간 (126) 아래에 위치한 추출탑 (125) 으로부터의 액체 출구 (189) 는 라인 (190) 으로 배출되고, 이것은 액체 유출물을 추출탑 (125) 으로부터 전형적으로 안정화 및/또는 분별 증류를 포함하는 추가 처리부로 운반할 수도 있다. 바람직하게 추출탑 (125) 의 상단 또는 그 가까이 및/또는 접촉 구간 (126) 의 오버헤드에 위치한, 추출탑 (125) 으로부터의 증기 출구 (159) 는 라인 (160) 으로 배출한다. 이 증기 출구 (159) 로부터 유출물은 결국 추가 열교환기 (175) 의 제 1 입구 (171) 로 운반된다.
도 1 의 실시형태에서, 추가 열교환기 (175) 는 코일 권선형 열교환기 형태로 제공된다. 추가 열교환기 (175) 는 추출탑 (125) 으로부터의 유출물 (160) 및 예냉 열교환기 (135) 로부터의 예냉된 주요 냉매 스트림 (320) 의 적어도 일부 양자를 추가 냉각하도록 제공되어서, 냉각된 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (180) 및 적어도 하나의 냉각된 주요 냉매 스트림 (410, 430) 을 제공한다. 이것은, 냉매 회로 300 (일부 도시됨) 에서 순환되는 냉각 냉매 (420, 440) 에 대한 간접 열교환에 의해 달성된다. 냉각된 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (180) 은 추가 열교환기 (175) 에서 제 1 출구 (179) 로부터 배출되고, 도 1 에 도시된 실시형태에서, 제 1 부분 냉각된 주요 냉매 스트림 (410) 은 추가 열교환기 (175) 로부터의 첫 번째 제 2 출구 (409) 로부터 배출되고, 제 2 부분 냉각된 주요 냉매 스트림 (430) 은 추가 열교환기 (175) 로부터 두 번째 제 2 출구 (429) 로부터 배출된다.
도 1 에 도시된 대로 추가 열교환기 (175) 는, 추가 열교환기 (175) 에서 냉각 구간을 통하여 제 1 입구 (171) 와 제 1 출구 (179) 를 연결하는 제 1 냉각 튜브 다발 (172) 형태의 제 1 튜브 수단; 및 냉각 구간을 통하여 첫 번째 제 3 입구 (331) 와 첫 번째 제 2 출구 (409) 를 연결하는 첫 번째 제 2 냉각 튜브 다발 (332), 및 냉각 구간을 통하여 두 번째 제 2 입구 (381) 와 두 번째 제 2 출구 (429) 를 연결하는 두 번째 제 2 냉각 튜브 다발 (382) 형태인 제 2 튜브 수단을 포함한다.
제 2 연결 수단 (165) 은 추출탑 (125) 의 증기 출구 (159) 와 추가 열교환기 (175) 의 제 1 입구 (171) 를 유동적으로 연결한다. 도 1 에서 보다 상세히 도시한 실시형태에서, 추출탑 (125) 으로부터의 증기 출구 (159) 는 라인 (160) 으로 배출하고, 라인은 차례로 추출탑 열교환기 (145) 에 의하여 라인 (170) 에 연결되고 추출탑 열교환기는 또한 전술한 대로 라인 (140, 150) 을 연결한다. 따라서, 라인 (160) 은 추출탑 열교환기 (145) 의 제 2 입구 (161) 에 연결되고, 제 2 입구는 라인 (170) 으로 배출하는 제 2 출구 (169) 와 내부에서 연결된다. 바람직하게, 추출탑 열교환기 (145) 는 역류 (counter current) 작동 모드로 설치될 수도 있다. 실제로, 제 2 출구 (169) 는 제 1 입구 (141) 와 추출탑 열교환기 (145) 의 동일 측에 위치할 수도 있고, 반면에 제 2 입구 (161) 는 제 1 출구 (149) 와 추출탑 열교환기 (145) 의 동일 측에 위치할 수도 있다. 라인 (170) 은 추가 열교환기 (175) 의 제 1 입구 (171) 에 연결되고, 제 1 냉각 튜브 다발로 배출한다.
따라서, 추출탑 열교환기 (145) 는 예냉된 탄화수소 스트림 (140) 및 추출탑 (125) 의 증기 출구 (159) 로부터의 유출물 (160) 사이의 간접 열교환을 위해 제 1 연결 수단 (155) 및 제 2 연결 수단 (165) 에 제공된다.
부가적으로, 추가 열교환기 (175) 는 추가 열교환기 (175) 에서 냉각 구간으로 유입되는 제 1 셸 입구 (421) 및 제 2 셸 입구 (441) 양자, 및 냉각 구간으로부터 이용된 냉각 냉매를 배출하는 셸 출구 (389) 를 구비한다.
추출탑으로부터 증기 출구 (159) 로 배출되는 유출물 스트림 (160) 의 압력은 약 25 bara ~ 약 80 bara 범위의 어떤 값일 수도 있다. 최종 목표가 액화된 탄화수소 스트림을 생성하는 것이라면, 이 범위에서 더 높은 압력이 바람직하다. 추후 액화 중 압력은 바람직하게 40 bara ~ 100 bara, 보다 바람직하게 60 bara 를 초과한다.
일 군의 실시형태에서, 유출물 스트림 (160) 의 압력은, 증기 출구 (159) 로부터 배출한 후, 액화 전 및 중에 의도적으로 변하지 않는다. 유출물 스트림 (160) 이 도관, 접합점 및 열교환기를 통과한 결과로서의 미소 압력 감소는 의도된 압력 변화로 고려되지 않는다. 이러한 실시형태에서, 냉각된 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (180) 의 압력은, 증기 유출물이 증기 출구 (159) 로부터 배출될 때 증기 유출물 (160) 의 압력보다 전형적으로 5 ~ 약 15 bar 낮다.
다른 군의 실시형태에서, 유출물 스트림 (160) 의 압력은, 추출탑 열교환기 (145) 와 추가 열교환기 (175) 사이의 라인 (170) 에 배치되고, 선택적으로 터보-팽창기에 결합된 터보-압축기와 결합하는, 예로 승압 압축기 (미도시) 를 사용해 증기 출구 (159) 로부터 배출 후 그리고 바람직하게 액화 전 증가된다.
냉매 회로 (300) 는, 냉각 냉매 (420, 440) 를 추가 열교환기 (175) 의 냉각 구간으로 공급하고 이용된 냉각 냉매 (390) 를 추가 열교환기 (175) 의 냉각 구간 하류의 추가 열교환기 (175) 로부터 인출하도록 배치된 냉매 순환 수단을 포함한다. 냉매 회로 (300) 는 주요 냉매 압축기 (미도시) 를 포함할 수도 있는데, 선택적으로 흡입 드럼 (미도시) 이 선행하고, 압축된 주요 냉매가 주변 및 선택적 어큐뮬레이터 (미도시) 에 대해 냉각될 수도 있는 하나 이상의 냉각기 (미도시) 가 뒤따른다. 이 장비는 압축된 주변 냉각된 주요 냉매 스트림을 예냉 열교환기 (135) 에서 제 3 입구 (311) 에 연결되는 라인 (310) 에 제공한다. 제 3 출구 (319) 는, 주요 냉매 가스/액체 분리기 (325) 에 의하여 서로 연결되는 라인 (320, 330, 380) 에 의하여 추가 열교환기 (175) 의 제 1 및 두 번째 제 2 입구 (331, 381) 에 연결된다. 주요 냉매 가스/액체 분리기 (325) 는, 라인 (320) 이 배출하는 입구 (321), 라인 (330) 으로 배출하는 증기 유출물 출구 (329), 및 라인 (340) 으로 배출하는 액체 유출물 출구 (339) 를 가진다.
하지만, 주요 냉매 가스/액체 분리기 (325) 는 선택적이고, 다른 실시형태에서 예냉 열교환기 (135) 의 제 3 출구 (319) 는 단일 제 2 입구로 추가 열교환기 (175) 에 연결될 수도 있다. 이런 다른 실시형태에서, 추가 열교환기 (175) 를 통한 주요 냉매의 추가 처리는 예냉 열교환기 (135) 에서 예냉 냉매에 대해 전술한 것과 매우 비슷할 수도 있다.
그럼에도 불구하고, 도 1 에 나타난 것과 같은 실시형태에서, 첫 번째 제 2 출구 (409) 는, 줄-톰슨 밸브 (415) 의 형태로 여기에서 나타낸 제 1 팽창 기기에 의하여 서로 연결되는 라인 (410, 420) 에 의하여 제 1 셸 입구 (421) 에 연결된다. 두 번째 제 2 출구 (429) 는, 줄-톰슨 밸브 (435) 의 형태로 여기에서 나타낸 적어도 제 2 팽창 기기에 의하여 서로 연결되는 라인 (430, 440) 에 의하여 제 2 셸 입구 (441) 에 연결된다. 선택적으로, 줄-톰슨 밸브 앞에 (소형) 터빈 (미도시) 형태의 팽창기가 선행한다. 셸 출구 (389) 는, 이용된 주요 냉각 냉매가 라인 (310) 에서 압축된 주변 냉각된 주요 냉매 스트림을 제공하도록 재압축될 수 있는 주요 냉매 압축기로 (선택적으로 흡입 드럼에 의하여) 이용된 주요 냉각 냉매를 다시 운반하는 역할을 하는 라인 (390) 으로 배출한다. 이것은 주요 냉각 냉매 회로 (300) 를 완성한다.
바람직하게, 예냉 열교환기 (135) 에서 제 3 출구 (319) 와 추가 열교환기 (175) 의 제 1 및 두 번째 제 2 입구 (331, 381) 중 어느 하나 사이에 부가적인 의도된 열교환기가 존재하지 않는다. 따라서, 바람직하게 라인 (320, 330, 380) 에 의하여, 그리고 선택적 주요 냉매 가스/액체 분리기 (325) 에 의하여 환경과 불가피한 미소 열교환 이외에 다른 매체와 열교환은 일어나지 않을 것이다. 따라서, 습기 탄화수소 스트림이 추가 열교환기 (175) 로 통과할 때 습기 탄화수소 스트림의 온도는 바람직하게 예냉된 주요 냉매 스트림이 제 3 출구 (319) 에 의하여 예냉 열교환기 (135) 로부터 배출될 때 예냉된 주요 냉매 스트림 (320) 의 온도와 본질적으로 동일하다. 실제로, 이것은 예냉된 주요 냉매 스트림이 추가 열교환기 (175) 로 통과할 때 예냉된 주요 냉매 스트림 (320) 의 온도는, 예냉된 주요 냉매 스트림이 제 3 출구 (319) 를 통하여 예냉 열교환기 (135) 로부터 배출될 때 예냉된 주요 냉매 스트림 (320) 의 온도와 5 ℃ 미만, 바람직하게 2 ℃ 미만 상이하다는 것을 의미할 수도 있다.
선택적으로, 예냉 열교환기 (135) 에서 제 3 출구 (319) 로부터 모든 유출물이 추가 열교환기 (175) 로 통과하지 않고, 유출물의 단지 연속 부분만 통과한다. 도 1 에 나타낸 실시형태에서, 선택적 주요 냉매 가스/액체 분리기 (325) 로부터의 증기 유출물 스트림 (330) 및 선택적 주요 냉매 가스/액체 분리기 (325) 로부터의 액체 유출물 스트림 (340) 의 일부 (380) 가 이러한 연속 부분에 해당한다. 선택적 주요 냉매 분할 기기 (345) 는, 액체 유출물 스트림 (340) 을 연속하는 제 2 부분 액체 예냉된 주요 냉매 스트림 (380) 및 제 3 부분 예냉된 주요 냉매 스트림 (350) 으로 분할하도록 라인 (340) 에 제공된다. 이 제 3 부분 예냉된 주요 냉매 스트림 (350) 은 본원에서 추후 설명되는 것처럼 추가 열교환기 (175) 이외의 다른 곳에 냉각 듀티 (cooling duty) 를 제공할 수도 있다.
작동시, 도 1 의 프로세스 흐름도에 의해 포함되는 방법 및 장치는 다음과 같이 작동될 수도 있다. 탄화수소 스트림 (110) 의 적어도 일부 (130), 및 주요 냉매 스트림 (310) 은, 라인 (230) 으로부터 셸 입구 (231) 에 의하여 예냉 열교환기 (135) 의 예냉 냉각 구간으로 유입이 허용된 예냉 냉매에 대한 간접 열교환에 의해 예냉 열교환기 (135) 에서 예냉된다. 예냉 냉매는, 탄화수소 스트림 (110) 의 적어도 일부 (130), 주요 냉매 스트림 (310) 및 예냉 튜브 다발을 통하여 유동하는 압축된 주변 냉각 예냉된 냉매 스트림 (210) 으로부터 추출된 열로 증발한다. 결과적으로, 예냉 열교환기 (135) 는 예냉된 탄화수소 스트림 (140) 및 예냉된 주요 주요 냉매 스트림 (320) 을 제공하고 각 스트림은 실질적으로 동일한 예냉 온도를 가진다.
예냉된 탄화수소 스트림 (140) 은 추출탑 (125) 의 제 1 입구 (151) 로 통과된다. 예냉된 탄화수소 스트림 (140) 은 전형적으로 부분 응축된 상이다. 증기 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (160) 및 액체 메탄-고갈 탄화수소 스트림 (190) 형태의 유출물 스트림은 추출탑 (125) 으로부터 배출된다. 천연 가스로 이루어진 탄화수소 공급 스트림 (110) 의 경우, 메탄-고갈 탄화수소 스트림 (190) 은 전형적으로 에탄, 프로판, 및 부탄을 포함하는 천연 가스 액체 (NGL) 를 함유한다. C5+ 성분이 또한 존재할 수도 있다. 메탄-고갈 탄화수소 스트림 (190) 은, 전형적으로, 개별 성분을 회수하기 위해서 분별 증류 트레인 (train) 으로 공급되는데, 이 성분은 본원에서 추가 설명되지 않을 것이다.
예냉된 탄화수소 스트림 (140) 은 제 1 입구 (141) 로부터 추출탑 열교환기 (145) 로 통과되고, 추출탑 열교환기 (145) 를 통하여 유출물 스트림 (160) 과 간접 열교환 상호작용하고, 추출탑 열교환기 (145) 로부터 제 1 출구 (149) 로 통과한다. 유출물 스트림 (160) 은 제 2 입구 (161) 로부터 추출탑 열교환기 (145) 로 통과되고, 추출탑 열교환기 (145) 를 통하여 예냉된 탄화수소 스트림 (140) 과 간접 열교환 상호작용하고, 추출탑 열교환기 (145) 로부터 제 2 출구 (169) 로 통과한다. 바람직하게, 유출물 스트림 (160) 은 예냉된 탄화수소 스트림 (140) 에 대해 역류로 추출탑 열교환기 (145) 를 통과한다.
접촉 구간을 통하여 상향 증기 플럭스를 발생시키도록 추출탑 (125) 에 열이 부가될 수도 있다. 예로, 열원은 중력적으로 제 1 입구 (151)보다 낮은 위치에서, 바람직하게 접촉 구간 (126) 아래 위치에서 추출탑 (125) 에 열을 부가하도록 배치될 수도 있다. 그것에 대해 본원에서 추후 더 많이 개시될 것이다.
선택적으로, 접촉 구간을 통하여 하향 액체 플럭스를 생성하도록, 접촉 구간 위와 같은, 추출탑의 높은 구역에 냉각 용량이 제공된다. 이것은 예로 보조 냉매 스트림 (360) 에 대해 다음 중 적어도 하나를 열교환함으로써 다음 중 하나 이상으로부터 열을 추출하는 보조 열교환 설비를 사용해 수행될 수도 있다:
- 추출탑 열교환기 (145) 안으로의 제 1 입구 (141) 와 추출탑 (125) 의 제 1 입구 (151) 사이의 예냉된 탄화수소 스트림 (140);
- 추출탑 (125) 으로부터의 증기 출구 (159) 와 추출탑 열교환기 (145) 로부터의 제 2 출구 (169) 사이의 유출물 스트림 (160);
- 중력적으로 최소한 추출탑 (125) 안으로의 제 1 입구 (151) 만큼 높고 최대한 추출탑 (125) 으로부터의 증기 출구 (159) 만큼 높은 영역에서 추출탑 (125) 내부의 증기 및/또는 액체.
예로, 추출탑에 대한 열의 부가 및/또는 추출 결과로, 증기 출구 (159) 로부터 인출된 추출탑으로부터의 증기 유출물, 전형적으로 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (160) 은 일반적으로 예냉된 주요 냉매 스트림 (320) 의 온도와 상이한 온도를 가질 수도 있다.
양 스트림의 적어도 일부를 추가 열교환기 (175) 로 공급하기 전 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (160) 의 온도를 예냉된 주요 냉매 스트림 (320) 의 온도에 더 가깝게 하기 위해서, 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (160) 은 예냉된 탄화수소 스트림 (140) 에 대해 간접 열교환된다. 그 결과, 추출탑 (125) 에서 온도는 예냉된 탄화수소 스트림 (140) 및 추출탑 열교환기 (145) 의 타측에서 배출되는 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (170) 의 온도와 거의 "디커플링 (decoupled)" 또는 "분리 (isolated)" 된다.
전술한 바와 같은 열의 부가 및 추출은 작동 정상 상태 (stationary state) 에서 추출탑 (125) 의 정확한 온도 프로파일을 달성하는 것을 도울 수 있다.
그러면, 추출탑 열교환기 (145) 로부터 배출되는 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (170) 및 예냉된 주요 냉매 스트림 (320) 의 적어도 일부는, 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (160) 이 추출탑 (125) 의 증기 출구 (159) 로부터 추가 열교환기 (175) 의 제 1 입구 (171) 로 직접 통과되는 경우보다 훨씬 작은 온도 차이, 예컨대 10 ℃ 미만으로 추가 열교환기 (175) 로 통과될 수 있다. 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (160) 의 원하는 조성과 비교되는 탄화수소 스트림 (110) 의 조성 및/또는 추출탑 (125) 의 압력 및 온도 프로파일 면에서 추출탑 (125) 의 작동에 따라, 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (160) 은 추출탑 열교환기 (145) 에서 냉각 또는 가열될 수도 있다.
따라서, 바람직하게 제 1 입구 (171) 를 통하여 추가 열교환기 (175) 로 유입될 때 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (170) 의 온도는, 예냉된 주요 냉매 스트림이 (예컨대 제 2 입구 (331, 381) 중 최소 하나를 통하여) 추가 열교환기 (175) 로 유입될 때 예냉된 주요 냉매 스트림 (320) 의 적어도 일부의 온도와 10 ℃ 미만 이내에서 상이하다.
스트림들이 추가 열교환기 (175) 로 유입되므로 예냉된 주요 냉매 스트림이 추가 열교환기 (175) 로 유입될 때 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (170) 과 예냉된 주요 냉매 스트림 (320) 사이의 온도에 더욱 양호하게 부합되도록 추출탑 열교환기 (145) 와 추가 열교환기 (175) 사이의 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (170) 에 추가 열교환기를 설치할 수 있지만, 비용 지출 통제 및 작동상 단순성을 이유로 제 1 입구 (171) 에서 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (170) 의 온도는 추출탑 열교환기 (145) 에서 예냉된 탄화수소 스트림 (140) 에 대한 간접 열교환에 의해 도달된 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (170) 의 온도와 본질적으로 동일한 것이 바람직하다. 이를 위해, 바람직하게 라인 (170) 은 추출탑 열교환기 (145) 와 추가 열교환기 (175) 의 제 1 입구 (171) 사이에 어떠한 별개의 열교환기도 본질적으로 없다. 따라서, 추출탑 열교환기 (145) 로부터 배출되는 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (170) 은 바람직하게 어떤 의도된 열교환기도 통과하지 않고, 바람직하게 배관 및 추출탑 열교환기 (145) 와 추가 열교환기 (175) 의 제 1 입구 (171) 사이의 연결을 위해 사용되는 선택적으로 다른 비열교환기 (non heat-exchanger) 장비를 통하여 환경과 불가피한 미소 열교환 이외에 다른 매체와 열교환은 일어나지 않을 것이다. 실제로, 이것은 제 1 입구 (171) 를 통과한 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (170) 의 온도가 메탄-풍부 탄화수소 스트림이 추출탑 열교환기 (145) 로부터 배출될 때 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (170) 의 온도와 5 ℃ 미만, 바람직하게 2 ℃ 미만 상이하다는 것을 의미할 수도 있다.
열교환된 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (170) 및 예냉된 주요 냉매 스트림 (320) 의 적어도 일부 양자는 추가 열교환기 (175) 에서 추가 냉각되어서, 냉각된 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (180) 및 적어도 하나의 냉각된 주요 냉매 스트림 (410, 430) 을 제공한다. 냉각된 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (180) 은 본 기술분야에 알려진 대로 엔드-플래시 (end-flash) 시스템 또는 감압 스테이지에서 감압되고, 추후 1 ~ 2 bara 의 압력에서 극저온 액체 저장 탱크에 저장된다. 이것은 본원에서 더 상세히 기술되지 않을 것이다.
예냉된 주요 냉매 스트림 (320) 은 부분적으로 응축되고 주요 가스/액체 분리기 (325) 에서 증기 유출물 출구 (329) 를 통하여 주요 가스/액체 분리기 (325) 로부터 증기상으로 인출되는 제 1 주요 냉매 부분 스트림 (330), 및 액체 유출물 출구 (339) 를 통하여 주요 가스/액체 분리기 (325) 로부터 액체상으로 인출되는 제 2 주요 냉매 부분 스트림 (340) 으로 분리될 수도 있다. 제 1 주요 냉매 부분 스트림 (330) 은 첫 번째 제 2 입구 (331) 를 통하여 추가 열교환기 (175) 로 통과된다. 제 2 주요 냉매 부분 스트림 (340) 은 분할되어서, 단지 연속하는 제 2 부분 액체 예냉된 주요 냉매 스트림 (380) 만 두 번째 제 2 입구 (381) 를 통하여 추가 열교환기 (175) 로 통과된다.
목적이 결국 증기 유출물 스트림 (160) 을 액화하는 것이라면, 그것은 추출탑 열교환기 (145) 로 증기 유출물 스트림을 공급하기 전 예로 60 또는 70 bara 이상의 압력으로 선택적으로 압축될 수도 있다. 이 목적으로, 오버헤드 압축기가 라인 (160) 에 제공될 수도 있다 (미도시). 이런 압축에 의해, 증기 유출물 스트림을 액화하기 위해서 증기 유출물 스트림 (160) 으로부터 추출될 필요가 있는 잠열의 양은 더 적어질 것이다. 예시는 예컨대 특허 출원 공개 US 2009/0064712 및 US 2009/0064713 에 도시되고 설명된다.
전술한 대로, 보조 냉매 스트림 (360) 은 추출탑 (125) 의 높은 구역으로부터 열을 추출하는데 이용될 수도 있다. 이것은, 예컨대 추출탑의 상단에서 온도보다 낮은 온도를 가지는 비교적 차가운 세척액의 형태로 보조 냉매 스트림을 추출탑으로 주입함으로써, 직접 열교환을 이용해 수행될 수 있다. 또는 그것은 간접 열교환을 사용해 수행될 수 있어서, 보조 냉매 스트림은 증기 출구 (159) 및 제 1 입구 (151) 와 유체 연통하는 추출탑 (125) 에서 액체 및 증기로부터 분리되어 (함께 혼합되지 않음) 유지된다.
후자의 선택은, 보조 냉매 스트림이 냉매 회로에서 사이클되는 실시형태에 특히 유용하지만 그것에 한정되지 않는다. 이것은 전용 냉매 회로일 수 있고 이 경우에 보조 냉매는 임의의 적합한 조성을 가질 수 있다. 하지만, 바람직하게 보조 냉매 (360) 는 예냉된 주요 냉매 스트림 (320) 의 적어도 일부를 포함한다. 이렇게 압축기 등이 이미 주요 냉매 회로에 제공되어 있으므로 더 적은 부가 장비가 필요하다.
일 실시예에서, 예냉된 주요 냉매 스트림 (320) 은 주요 냉매 가스/액체 분리기 (325) 에서 가벼운 증기 분획물 주요 냉매 스트림 (330) 과 액체의 제 2 부분 예냉된 주요 냉매 스트림 (340) 으로 분리된다. 액체의 제 2 부분 예냉된 주요 냉매 스트림 (340) 은 그 후 선택적 주요 냉매 분할 기기 (345) 를 사용해 연속하는 제 2 부분 예냉된 주요 냉매 스트림 (380) 과 제 3 부분 예냉된 주요 냉매 스트림 (350) 으로 분할된다.
그 후, 보조 냉매 스트림은 제 3 부분 예냉된 주요 냉매 스트림 (350) 으로부터 얻을 수도 있다. 적합하게, 제 3 부분 예냉된 주요 냉매 스트림 (350) 은 줄-톰슨 밸브 (355) 로서 도 1 에 도시된 선택적 팽창 수단에서 팽창되어서, 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (160) 이 팽창된 제 3 부분 예냉된 냉매 스트림 (360) 에 대해 열교환되도록 팽창된 제 3 부분 예냉된 냉매 스트림 (360) 을 형성한다.
그것의 열교환 후, 팽창된 제 3 부분 예냉된 냉매 스트림 (360) 은 이용된 제 3 부분 예냉된 냉매 스트림 (370) 의 형태로 간접 열교환으로 배출되고, 냉매 회로 (300) 의 주요 냉매 압축기 (미도시) 의 흡입부로 다시 라우팅된다.
도 1 에 도시된 실시형태에서, 제 3 부분 예냉된 주요 냉매 스트림 (350) 으로부터 유도된 스트림과 부가적 열교환은, 그것을 추출탑 열교환기 (145) 를 통하여 보조 입구 (361) 로부터 보조 출구 (369) 로 통과시킴으로써 추출탑 열교환기 (145) 에서 수행된다. 추출탑 열교환기 (145) 가 플레이트형 열교환기의 형태로 제공된다면, 보조 입구 (361) 및 보조 출구 (369) 는 추출탑 열교환기 (145) 의 부가적 채널 또는 챔버 세트와 연통할 수도 있다. 대안적으로, 별개의 보조 열교환기 (미도시) 는, 제 3 부분 예냉된 주요 냉매 스트림 (350) 으로부터 유도된 스트림과 부가적 간접 열교환을 수행하도록 배치된, 라인 (160) 및/또는 라인 (150) 에 제공될 수도 있다.
임의의 선택적 부가 열교환이 이용되는 방식 및/또는 열교환 여부에 상관없이, 추출탑 (125) 은 다양한 방식으로 작동될 수도 있다.
도 1 에 도시된 바와 같은 실시형태에서, 추출탑 (125) 은 세척탑의 형태로 제공된다. 공급물 분할기 (115) 는 추출탑 (125) 및 예냉 열교환기 (135) 의 상류에 공급 라인 (110) 에 제공될 수도 있다. 이것은, 탄화수소 스트림 (110) 을, 예냉 열교환기 (135) 에서 상기 예냉 냉매 (230) 에 대해 간접 열교환함으로써 상기 냉각을 거치는 탄화수소 스트림 (110) 의 적어도 일부를 형성하는 제 1 부분 탄화수소 스트림 (130), 및 제 2 부분 탄화수소 스트림 (120) 으로 분할하는 것을 허용한다. 제 1 부분 탄화수소 스트림 (130) 및 제 2 부분 탄화수소 스트림 (120) 은 상호 동일한 조성을 가진다.
추출탑 (125) 은, 상기 예냉 냉매 (230) 에 대한 탄화수소 스트림 (110) 의 상기 제 1 부분 탄화수소 스트림 (130) 의 상기 간접 열교환에 의해 초래되는 압력 손실 및 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (160) 에 대한 예냉된 탄화수소 스트림 (140) 의 상기 간접 열교환에 의해 초래되는 압력 손실을 뺀, 탄화수소 스트림 (110) 의 공급 압력과 실질적으로 동일한 압력으로 작동된다. 따라서, 추출탑 (125) 에서 압력은, 상기 예냉 냉매 (230) 에 대한 탄화수소 스트림 (110) 의 상기 제 1 부분 탄화수소 스트림 (130) 의 상기 간접 열교환에 의해 초래되는 압력 손실 및 메탄-풍부 탄화수소 스트림 (160) 에 대한 예냉된 탄화수소 스트림 (140) 의 상기 간접 열교환에 의해 초래되는 압력 손실을 뺀, 공급 압력과 실질적으로 동일할 수도 있다. 예냉 열교환기 (135) 및 추출탑 열교환기 (145) 를 통하여 공급물 분할기 (115) 를 추출탑 (125) 의 제 1 입구 (151) 와 연결하는 라인에 전용 압력 감소 기기는 존재하지 않는다.
이것은, 추가 열교환기 (175) 로 공급하기 전 추출탑으로부터의 증기 유출물 스트림에서 재압축 양이 최소로 유지될 수 있거나, 심지어 재압축이 필요하지 않을 수도 있으면서, 오로지 추출탑 (125) 에서 증류 또는 분리 프로세스를 위하여 의도대로 감소되지 않는 압력을 여전히 가지는 장점이 있다. 따라서, 증류는 크게 압력을 감소시키지 않으면서 수행되는데, 이것은 증기 유출물 스트림 (160) 이 액화되는 경우에 에너지적으로 이로울 것이다. 총 압력 손실이 대략 2 ~ 10 bar 이도록 예냉 열교환기 (135) 및 추출탑 열교환기 (145) 각각에서 압력 손실은 전형적으로 열교환기당 1 ~ 5 bar 일 수도 있다.
제 2 부분 탄화수소 스트림 (120) 은 추출탑 (125) 의 제 2 입구 (121) 로 통과된다. 제 2 입구 (121) 는 추출탑 (125) 의 제 1 입구 (151) 보다 중력적으로 더 낮게 있다. 예냉 열교환기 (135) 가 바이패스되어서, 제 2 부분 탄화수소 스트림 (120) 은 공급물 분할기 (115) 와 제 2 입구 (121) 사이에서 예냉 열교환기 (135) 를 통과하지 않는다. 분할 비율은 바람직하게 공급물 분할기 (115) 와 제 2 입구 (121) 사이에서 라인 (120) 에 제공된 제 1 유동 제어 밸브 (117) 로 조절된다. 이 유동 제어 밸브 (117) 에 대한 압력 강하는, 제 1 부분 탄화수소 스트림 (130) 을 예냉 열교환기 (135) 및 추출탑 열교환기 (145) 로 통과시킬 수 있도록 최소로 필요한 바로 유지된다.
결과적으로, 제 2 부분 탄화수소 스트림 (120) 은 본질적으로 공급 온도와 같거나 적어도 공급 온도에 가까운 온도로 제 2 입구 (121) 를 통하여 추출탑 (125) 으로 통과될 수도 있다. 제 2 부분 스트림이 추출탑 (125) 의 제 2 입구 (121) 를 통과할 때 제 2 부분 스트림 (120) 의 온도와 공급 온도 사이의 온도 차이는 약 5 ℃ 미만일 수도 있다.
제 2 부분 스트림이 추출탑 (125) 의 제 2 입구 (121) 를 통과할 때 제 2 부분 스트림 (120) 의 온도는, 바람직하게, 예냉된 탄화수소 스트림이 추출탑 (125) 의 제 1 입구 (151) 를 통과할 때 예냉된 탄화수소 스트림의 온도보다 높다.
유동 제어 밸브 (117) 의 설정을 이용해 조절되는 것처럼 공급물 분할기 (115) 에서 분할 비율 (제 1 부분 탄화수소 스트림 (130) 의 질량 유량으로 나눈 제 2 부분 탄화수소 스트림 (120) 의 질량 유량으로 정의됨) 을 충분히 높게 선택함으로써, 바닥 온도를 제어할 목적으로 부가적 가열 동력 (제 2 부분 탄화수소 스트림 (120) 에 존재하는 감지할 수 있는 열 이외) 이 보통 추출탑의 바닥에 전혀 부가될 필요가 없다.
증류탑의 바닥에서 온도가 예로 -10 ℃ 이상으로 유지될 수 있도록 분할 비율이 선택될 수 있음을 발견하였다. 증류탑의 바닥단에서 온도는 분할 비율을 조절함으로써 제어될 수 있다. 예컨대 특허 출원 공개 US 2008/0115532 가 참조되는데, 공급 스트림 분할 비율을 제어하는 온도 제어는 이전에 제안되었다.
제 2 부분 탄화수소 스트림 (120) 의 공급은 추출탑 (125) 에 열을 부가한다. 가능하다면, 제 2 부분 탄화수소 스트림 (120) 은 부가적으로 가열되지 않고 추출탑 (125) 의 바닥에 어떤 외부 가열도 제공되지 않는다. 이것의 장점은, 예로 리보일러 (reboiler) 에 의하여 증류 프로세스에 보통 제공되는 더 적은 부가적 가열 동력이 증류탑의 바닥단이 너무 차가워지는 것을 막도록 증류탑의 바닥단에 필요하다는 것이다. 하지만, 최소 설계 온도와 비교해 탄화수소 스트림 (110) 의 공급 온도에 따라, 선택적 가열은 제 2 부분 탄화수소 스트림 (120) 의 온도가 최소 설계 온도를 초과하도록 적용되어야 할 수도 있다. 이 이유로, 선택적 외부 가열기가 라인 (120) 에 제공될 수도 있다 (미도시).
예냉 냉매 및 주요 냉매는, 예로 US 특허 6,370,910 에 기술한 바와 같은 상호 분리된 냉매 회로에서 사이클될 수도 있고, 이 사이클 중 하나는 하나 이상의 예냉 냉매 압축기를 이용하고 다른 하나는 하나 이상의 주요 냉매 압축기를 이용한다. 이러한 경우에, 예냉 냉매와 주요 냉매 각각은 혼합 냉매로 구성될 수도 있다. 본원에 나타낸 대로, 혼합 냉매 또는 혼합 냉매 스트림은 적어도 5 몰% 의 2 가지 다른 성분을 포함한다. 보다 바람직하게, 임의의 혼합 냉매는 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄 및 펜탄을 포함하는 군 중에서 2 가지 이상을 포함한다. 적합하게, 예냉 냉매는 주요 냉매보다 높은 평균 분자량을 가진다.
보다 구체적으로, 예냉 냉매 회로에서 예냉 냉매는 다음 조성, 0 ~ 20 몰% 메탄, 20 ~ 80 몰% 에탄 및/또는 에틸렌, 20 ~ 80 몰% 프로판 및/또는 프로필렌, <20 몰% 부탄, <10 몰% 펜탄 내에서 2 가지 이상의 성분의 혼합물로 형성될 수도 있고, 총 100 % 이다. 주요 냉매 회로에서 주요 냉각 냉매는 다음 조성, <10 몰% N2, 30 ~ 60 몰% 메탄, 30 ~ 60 몰% 에탄 및/또는 에틸렌, <20 몰% 프로판 및/또는 프로필렌 및 <10% 부탄 내에서 2 가지 이상의 성분의 혼합물로 형성될 수도 있고, 총 100 % 이다.
대안적으로, 예냉 냉매 및 주요 냉매는, 예로, 소위 단일 혼합 냉매 프로세스의 특징에서처럼 결합된 예냉 냉매 압축기(들) 및 주요 냉각 냉매 압축기(들)의 기능을 수행하도록 공통 냉매 압축기 트레인을 이용하는 공통 냉매 회로로부터 얻을 수도 있다. 단일 혼합 냉매 프로세스의 예시는 US 특허 5,832,745 에서 찾아볼 수 있다. 이런 단일 혼합 냉매 프로세스에서, 냉매 회로에서 사이클되는 냉매는 다음 조성, <20 몰% N2, 20-60 몰% 메탄, 20-60 몰% 에탄 및/또는 에틸렌, <30 몰% 프로판 및/또는 프로필렌, <15% 부탄 및 <5% 펜탄 내에서 2 가지 이상의 성분의 혼합물로 형성될 수도 있고, 총 100 % 이다.
도 2 및 도 3 은, 공통 냉매 압축기 (500) 가 주요 냉매의 적어도 일부뿐만 아니라 예냉 냉매의 적어도 일부 양자를 압축하는데 사용되는 본 발명의 실시형태를 도시한다. 이 도면에서, 예냉 열교환기 (135) 로부터 배출되는 이용된 예냉 냉매 (240) 는 공통 냉매 압축기로 (선택적으로 흡입 드럼을 통해) 다시 운반될 수 있고, 재압축되도록 중간 압력 입구 (501) 를 통하여 공통 냉매 압축기 (500) 로 들어갈 수 있다. 추가 열교환기 (175) 로부터 배출되는 이용된 주요 냉매 (390) 는 공통 냉매 압축기로 (선택적으로 흡입 드럼을 통해) 다시 운반될 수 있고, 재압축되도록 흡입 입구 (502) 를 통해 이용된 예냉 냉매 (240) 보다 더 낮은 압력에서 공통 냉매 압축기 (500) 로 들어갈 수 있다. 공통 냉매 압축기 (500) 는 구동 샤프트 (506) 를 통하여 적합한 구동기 (505) 에 의하여 구동되는 것으로 도시된다. 전형적인 적합한 구동기는 가스 터빈, 스팀 터빈, 전기 모터, 이중-연료 디젤 엔진, 및 이것의 조합체를 포함한다.
공통 냉매 압축기 (500) 의 배출 출구 (507) 는 배출 라인 (510) 에 연결되고, 압축된 혼합 냉매는 하나 이상의 냉각기 (520) 의 트레인으로 통과된다. 하나 이상의 냉각기 (520) 는, 바람직하게 주변에 대해 냉각함으로써, 예로 하나 이상의 냉각기 (520) 의 트레인을 통하여 공기 스트림 또는 물 스트림을 통과시킴으로써 라인 (510) 으로부터 압축된 혼합 냉매를 과열 제거하고 부분적으로 응축시키는 역할을 한다. 부분적으로 응축된 냉매 스트림은 도관 (530) 을 통하여 예냉 냉매 가스/액체 분리기 (525) 로 통과되고 분리기에서 이 응축된 냉매 스트림은 증기 주요 냉매 스트림 (310a) 및 액체 예냉된 냉매 스트림 (210a) 으로 분리된다. 액체 예냉된 냉매 스트림을 갖는 라인 (210a) 은 제 2 입구 (211) 로 예냉 열교환기 (135) 안으로 연결되고, 증기 주요 냉매 스트림을 갖는 라인 (310a) 은 제 3 입구 (311) 로 예냉 열교환기 (135) 안으로 연결된다. 그 점에서, 스트림의 코스는 도 1 을 참조로 전술한 바와 동일할 수 있다.
하지만, 도 2 및 도 3 은 주요 냉매 및 예냉 냉매가 압축된 혼합 냉매 라인 (510) 의 형태로 여기에서 나타낸 공통 냉매원으로부터 유도되므로 이제 가능한 도 1 의 냉매 유동의 변형예를 도시한다. 이제, 예냉된 주요 냉매 (320) 의 일부는 예냉 냉매를 보충하기 위해서 선택적으로 예냉 열교환기 (135) 로 다시 사이클될 수도 있다.
실시예로서, 도 2 는 라인 (352) 을 통하여 라인 (230) 에 제공된 선택적 결합기 (357) 와 연결하는, 라인 (350) 에 제공된 선택적 제 2 분할기 (315) 를 나타낸다. 이것과 함께, 제 3 부분 예냉된 주요 냉매 스트림 (350) 의 일부 (352) 는 예냉 냉매 (230) 에 부가될 수 있다. 리사이클 제어 밸브 (353) 는 예냉 냉매 (230) 로 들어갈 수 있는 제 3 부분 예냉된 주요 냉매 스트림 (350) 의 일부 (352) 의 유동을 제어하도록 라인 (352) 에 제공될 수도 있다.
도 3 은, 중력적으로 셸 입구 (231) 보다 높게 셸에 배치된 저온 (cold) 튜브 다발 (136), 및 중력적으로 셸 입구 (231) 보다 낮게 셸에 배치된 미온 (warm) 튜브 다발 (137) 을 구비한 예냉 열교환기 (135a) 를 이용하는 다른 실시예를 나타낸다. 예냉 냉각 구간은 미온 예냉 냉각 구간 및 저온 예냉 냉각 구간으로 나누어져서, 저온 튜브 다발은 저온 예냉 냉각 구간을 통과하고 미온 튜브 다발은 미온 예냉 냉각 구간을 통과한다. 예냉 열교환기 (135a) 의 제 1 입구 (131) 는 미온 예냉 냉각 구간 및 저온 예냉 냉각 구간 양자를 통하여 제 1 출구 (139) 와 연결되고, 예냉 열교환기 (135a) 의 제 3 입구 (311) 및 제 3 출구 (319) 에 대한 경우에 동일하다. 제 2 입구 (211) 는 미온 예냉 냉각 구간을 통하여 제 2 출구 (219) 와 연결되고 저온 예냉 냉각 구간을 통과하지 않는다.
도 3 의 경우에, 라인 (350) 에 제공되는 선택적 제 2 분할기 (315) 는 제 3 셸 입구 (356) 와 예냉 열교환기 (135a) 안으로 연결된다. 따라서, 라인 (325) 을 통과하도록 허용되는 제 3 부분 예냉된 주요 냉매 스트림 (350) 의 일부 (352) 는 예냉 열교환기 (135a) 의 셸 내부에서 예냉 냉매로 부가된다. 리사이클 제어 밸브 (353) 는 예냉 열교환기 (135a) 로 들어갈 수 있는 제 3 부분 예냉된 주요 냉매 스트림 (350) 의 일부 (352) 의 유동을 제어하도록 라인 (352) 에 제공될 수도 있다. 제 3 셸 입구 (356) 는 저온 예냉 냉각 구간보다 중력적으로 더 높게 위치한다.
도 3 은 도 1 및 도 2 의 실시형태에 대한 다른 변형예를 도시하는데, 추출탑 (125a) 은 각각의 제 1 및 제 2 입구 (151, 121) 이외에 제 3 입구 (123) 를 구비한다. 제 3 입구는, 제 1 부분 탄화수소 스트림 (130) 으로부터 공급되는 제 3 부분 탄화수소 스트림 (122) 을 수용하도록 배치된다. 제 1 부분 탄화수소 스트림 (130) 및 제 3 부분 탄화수소 스트림 (122) 은 상호 동일한 조성을 가진다. 제 3 부분 탄화수소 스트림 (122) 의 유량은 라인 (122) 에 제공된 제 2 유동 제어 밸브 (127) 로 조절된다.
제 3 부분 탄화수소 스트림이 제 3 입구 (123) 를 통하여 추출탑 (125a) 안으로 통과될 때 제 3 부분 탄화수소 스트림 (122) 의 온도는, 바람직하게, 제 2 부분 탄화수소 스트림이 제 2 입구 (121) 를 통하여 추출탑 (125a) 안으로 통과될 때 제 2 부분 탄화수소 스트림 (120) 의 온도 및 예냉된 탄화수소 스트림이 제 1 입구 (151) 를 통하여 추출탑 (125a) 안으로 통과될 때 예냉된 탄화수소 스트림의 온도 사이에 있다. 이 조건을 달성하는 한 가지 방법은 도 3 의 실시예에 나타나 있다. 제 3 부분 탄화수소 스트림 (122) 은 미온 예냉 냉각 구간과 저온 예냉 냉각 구간 사이에서 예냉 열교환기 (135a) 에서 제 1 부분 탄화수소 스트림 (130) 으로부터 탭 (tap) 된다.
그럼에도 불구하고, 공급 스트림 (110) 의 조성 및 추출탑 (125a) 으로부터 증기 유출물 스트림 (160) 의 원하는 조성에 따라 다른 배치가 가능하다. 예로, 제 2 부분 탄화수소 스트림 (120) 이 공급 스트림 온도를 초과하는 온도로 부가적으로 가열되는 실시형태에서, 제 3 부분 탄화수소 스트림은 선택적으로 예냉 열교환기 (135 또는 135a) 의 상류에서 제 1 부분 탄화수소 스트림 (130) 으로부터 분리되어 탭 될 수도 있다. 이런 경우에, 제 3 부분 탄화수소 스트림 (122) 은 본질적으로 공급 온도와 동일하거나 적어도 공급 온도에 가까운 온도로 제 3 입구 (123) 를 통하여 추출탑 (125a) 안으로 통과될 수도 있다. 제 3 부분 스트림이 추출탑 (125a) 의 제 3 입구 (123) 를 통과할 때 제 3 부분 스트림 (122) 의 온도와 공급 온도 사이의 온도 차이는 이런 경우에 약 5 ℃ 미만일 수도 있다.
추출탑의 액체-증기 접촉 구간 (126) 은 상부 접촉 구간 (126a) 및 상부 접촉 구간 (126a) 보다 중력적으로 더 낮게 배치된 하부 접촉 구간 (126b) 로 나누어질 수도 있다. 제 3 입구 (123) 는 중력적으로 상부 접촉 구간 (126a) 아래, 하부 접촉 구간 (126b) 위에 위치할 수도 있다.
도 3 의 실시형태에서 증기 유출물 (160) 은 도 1 을 참조로 전술한 바와 동일한 방식으로 프로세싱된다.
본원에 나타낸 것처럼 혼합 냉매 또는 혼합 냉매 스트림은 적어도 5 몰% 의 2 가지 다른 성분을 포함한다. 보다 바람직하게, 혼합 냉매는 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄 및 펜탄을 포함하는 군 중 2 가지 이상을 포함한다.
본 기술분야의 당업자는, 본 발명이 첨부된 청구항 범위에서 벗어나지 않으면서 많은 다양한 방식으로 수행될 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 방법으로서,
    - 예냉된 탄화수소 스트림 및 예냉된 주요 냉매 스트림을 제공하기 위해서, 예냉 냉매에 대한 간접 열교환에 의해 탄화수소 스트림의 적어도 일부 및 주요 냉매 스트림을 냉각시키는 단계;
    - 상기 예냉된 탄화수소 스트림을 추출탑의 제 1 입구로 통과시키는 단계;
    - 상기 추출탑으로부터 상기 추출탑 안으로의 상기 제 1 입구에 대해 중력적으로 더 높게 배치된 증기 출구를 통하여, 메탄-풍부 탄화수소 스트림 형태의 유출물 스트림을 배출하고, 상기 추출탑으로부터 상기 추출탑 안으로의 상기 제 1 입구에 대해 중력적으로 더 낮게 배치된 액체 출구를 통하여 액체 메탄-고갈 탄화수소 스트림을 배출하는 단계;
    - 상기 유출물 스트림을 추가 열교환기로 통과시키는 단계;
    - 상기 예냉된 주요 냉매 스트림의 적어도 일부를 상기 추가 열교환기로 통과시키는 단계; 및
    - 상기 추가 열교환기에서 상기 유출물 스트림 및 상기 예냉된 주요 냉매 스트림의 적어도 일부 양자를 냉각시켜서, 냉각된 메탄-풍부 탄화수소 스트림 및 적어도 하나의 냉각된 주요 냉매 스트림을 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 유출물 스트림을 상기 추가 열교환기로 통과시키는 상기 단계 및 상기 예냉된 탄화수소 스트림을 상기 추출탑의 상기 제 1 입구로 통과시키는 상기 단계는 상기 예냉된 탄화수소 스트림에 대해 상기 유출물 스트림을 간접 열교환하는 단계를 포함하는, 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 예냉된 탄화수소 스트림에 대해 상기 유출물 스트림을 간접 열교환하는 상기 단계는, 추출탑 열교환기 안으로의 제 1 입구로부터, 상기 유출물 스트림과 간접 열교환 상호작용하는 상기 추출탑 열교환기를 통하여, 상기 추출탑 열교환기로부터의 제 1 출구로 상기 예냉된 탄화수소 스트림을 통과시키는 단계, 및 상기 추출탑 열교환기 안으로의 제 2 입구로부터, 상기 예냉된 탄화수소 스트림과 간접 열교환 상호작용하는 상기 추출탑 열교환기를 통하여, 상기 추출탑 열교환기로부터의 제 2 출구로 상기 유출물 스트림을 통과시키는 단계를 포함하는, 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    보조 냉매 스트림에 대해 열교환함으로써,
    - 상기 추출탑 열교환기 안으로의 상기 제 1 입구와 상기 추출탑의 상기 제 1 입구 사이의 상기 예냉된 탄화수소 스트림;
    - 상기 추출탑으로부터의 상기 증기 출구와 상기 추출탑 열교환기로부터의 상기 제 2 출구 사이의 상기 유출물 스트림;
    - 중력적으로 최소한 상기 추출탑 안으로의 상기 제 1 입구만큼 높고 최대한 상기 추출탑으로부터의 상기 증기 출구만큼 높은 영역에서의 상기 추출탑 내부의 증기 및/또는 액체
    중 적어도 하나로부터 열을 추출하는 단계를 더 포함하는, 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보조 냉매 스트림은 상기 예냉된 주요 냉매 스트림의 적어도 일부를 포함하는, 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 예냉된 주요 냉매 스트림의 상기 적어도 일부를 상기 추가 열교환기로 통과시키는 상기 단계는, 상기 예냉된 주요 냉매 스트림을 가벼운 증기 분획물 주요 냉매 스트림 및 액체의 제 2 부분 예냉된 주요 냉매 스트림으로 분리하는 단계를 포함하고; 상기 방법은,
    - 상기 액체의 제 2 부분 예냉된 주요 냉매 스트림을 연속하는 제 2 부분 예냉된 주요 냉매 스트림 및 제 3 부분 예냉된 주요 냉매 스트림으로 분할하는 단계;
    - 상기 제 3 부분 예냉된 냉매 스트림을 팽창시켜서 상기 보조 냉매 스트림을 형성하는 단계를 더 포함하는, 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 입구보다 중력적으로 더 낮은 위치에서 상기 추출탑에 열을 부가하는 단계를 더 포함하는, 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 탄화수소 스트림을, 상기 예냉 냉매에 대해 간접 열교환함으로써, 예냉 열교환기에서 수행되는 상기 냉각 단계를 거치는 제 1 부분 탄화수소 스트림, 및 상기 제 1 부분 탄화수소 스트림과 동일한 조성 및 상을 가지는 제 2 부분 탄화수소 스트림으로 분할하는 단계를 더 포함하고;
    상기 추출탑에 열을 부가하는 상기 단계는 상기 추출탑의 상기 제 1 입구보다 중력적으로 더 낮은 상기 추출탑의 제 2 입구로 상기 제 2 부분 탄화수소 스트림을 통과시켜서, 상기 예냉 열교환기를 바이패싱시키는 단계를 포함하는, 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 입구를 통하여 상기 추가 열교환기 안으로 상기 유출물 스트림을 유입하고 적어도 하나의 제 2 입구를 통하여 상기 추가 열교환기 안으로 상기 예냉된 주요 냉매 스트림의 상기 적어도 일부를 유입하는 단계를 더 포함하고, 상기 추가 열교환기의 상기 제 1 입구와 상기 제 2 입구에서 상기 유출물 스트림의 온도와 상기 예냉된 주요 냉매 스트림의 적어도 일부의 온도는 서로 10 ℃ 미만의 차이가 나는, 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄화수소 스트림은 천연 가스를 포함하고, 상기 냉각된 메탄-풍부 탄화수소 스트림은 액화 천연 가스인, 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각된 메탄-풍부 탄화수소 스트림은 1 ~ 2 bara (bar absolute) 의 압력으로 극저온 액체 저장 탱크에 감압되어 저장되는, 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 방법.
  11. 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 장치로서,
    - 적어도 하나의 예냉 열교환기로서, 상기 예냉 열교환기의 제 1 출구에 예냉된 탄화수소 스트림 및 제 3 출구에 예냉된 주요 냉매 스트림을 제공하도록, 예냉 냉매에 대한 간접 열교환에 의해 탄화수소 스트림의 적어도 일부 및 주요 냉매 스트림을 냉각시키도록 배치된, 적어도 하나의 예냉 열교환기;
    - 추출탑으로서, 제 1 입구, 상기 추출탑 안으로의 제 1 입구에 대해 중력적으로 더 높게 배치된 증기 출구, 및 상기 추출탑 안으로의 상기 제 1 입구에 대해 중력적으로 더 낮게 배치된 액체 출구를 구비한, 상기 추출탑;
    - 상기 추출탑의 상기 제 1 입구를 상기 예냉 열교환기의 상기 제 1 출구에 유동적으로 연결하는 제 1 연결 수단;
    - 상기 추출탑의 상기 증기 출구로부터 유출물을 수용하기 위한 제 1 입구, 및 상기 제 3 출구로부터 상기 예냉된 주요 냉매 스트림의 적어도 연속 부분을 수용하기 위한 적어도 하나의 제 2 입구를 구비하고, 또한 냉각된 메탄-풍부 탄화수소 스트림을 배출하기 위한 제 1 출구 및 적어도 하나의 냉각된 주요 냉매 스트림을 배출하기 위한 적어도 하나의 제 2 출구를 구비한 추가 열교환기;
    - 상기 추출탑의 상기 증기 출구와 상기 추가 열교환기의 상기 제 1 입구를 유동적으로 연결하는 제 2 연결 수단;
    - 냉각 냉매를 상기 추가 열교환기에 공급하고 상기 추가 열교환기에서 냉각 구간의 하류에서 상기 추가 열교환기로부터 냉각 냉매를 인출하도록 배치된 냉매 순환 수단;
    - 상기 추가 열교환기에서 상기 냉각 구간을 통과하고 상기 제 1 입구와 상기 제 1 출구를 유동적으로 연결하는 제 1 튜브 수단, 및 상기 추가 열교환기에서 상기 냉각 구간을 통과하고 상기 적어도 하나의 제 2 입구와 상기 적어도 하나의 제 2 출구를 유동적으로 연결하는 적어도 제 2 튜브 수단; 및
    - 상기 제 1 연결 수단 및 상기 제 2 연결 수단에 제공되고, 상기 예냉된 탄화수소 스트림과 상기 추출탑의 상기 증기 출구로부터의 상기 유출물 사이에 간접 열교환을 위해 배치된 추출탑 열교환기를 포함하는, 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 추출탑 열교환기는:
    - 상기 예냉 열교환기의 상기 제 1 출구와 유체 연통하는, 상기 추출탑 열교환기 안으로의 제 1 입구;
    - 상기 추출탑의 상기 제 1 입구와 유체 연통하고, 상기 추출탑 열교환기를 통하여 상기 제 1 입구에 연결되는, 상기 추출탑 열교환기로부터의 제 1 출구;
    - 상기 추출탑의 상기 증기 출구와 유체 연통하는, 상기 추출탑 열교환기 안으로의 제 2 입구;
    - 상기 추가 열교환기의 상기 제 1 입구와 유체 연통하고, 상기 추출탑 열교환기를 통하여 상기 제 2 입구에 연결되는, 상기 추출탑 열교환기로부터의 제 2 출구를 포함하고,
    상기 탄화수소 스트림의 처리 장치는, 보조 냉매 스트림에 대해 열교환함으로써,
    - 상기 추출탑 열교환기 안으로의 상기 제 1 입구와 상기 추출탑의 상기 제 1 입구 사이의 상기 예냉된 탄화수소 스트림;
    - 상기 추출탑으로부터의 상기 증기 출구와 상기 추출탑 열교환기로부터의 상기 제 2 출구 사이의 상기 유출물;
    - 중력적으로 최소한 상기 추출탑 안으로의 상기 제 1 입구만큼 높고 최대한 상기 추출탑으로부터의 상기 증기 출구만큼 높은 영역에서 상기 추출탑 내부의 증기 및/또는 액체
    의 군 중 하나로부터 열을 추출하는 보조 열교환 설비를 선택적으로 더 포함하는, 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 보조 냉매 스트림은 상기 예냉된 주요 냉매 스트림의 적어도 일부를 포함하는, 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 장치.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 입구 (151) 보다 중력적으로 더 낮은 위치에서 상기 추출탑에 열을 부가하도록 배치된 열원을 더 포함하는, 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 탄화수소 스트림을, 상기 예냉 열교환기에서 제 1 입구를 통하여 상기 예냉 열교환기에 연결된 제 1 부분 탄화수소 스트림, 및 상기 제 1 부분 탄화수소 스트림과 동일한 조성 및 상을 가지는 제 2 부분 탄화수소 스트림으로 분할하도록 배치된 공급물 분할기를 더 포함하고, 상기 제 2 부분 탄화수소 스트림은 상기 추출탑 안으로의 제 2 입구에 연결되어서 상기 예냉 열교환기를 바이패스하고, 상기 제 2 입구는 상기 추출탑의 상기 제 1 입구보다 중력적으로 더 낮게 있고, 상기 열원은 상기 제 2 부분 탄화수소 스트림을 포함하는, 메탄을 포함하는 탄화수소 스트림의 처리 장치.
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